Descubrimiento de un nuevo mecanismo para la división bacteriana

Los científicos de EPFL muestran cómo algunas bacterias patógenas, como las micobacterias que causan la tuberculosis, utilizan un mecanismo previamente desconocido para coordinar su división. El descubrimiento podría ayudar a desarrollar nuevas formas de combatirlos.

La mayoría de las bacterias con forma de bastón se dividen dividiéndose en dos por la mitad después de que su ADN se haya replicado de manera segura y se haya segregado en los extremos opuestos de la célula. Este proceso aparentemente simple en realidad exige una coordinación estrecha y precisa, que se logra a través de dos sistemas biológicos: la oclusión nucleoide, que protege el material genético de la célula para que no se divida hasta que se replique y segregue, y el sistema de “minicélulas”, que localiza el sitio de división alrededor el medio de la celda, donde se formará una pared divisoria para dividirla en dos. Pero algunas bacterias patógenas, por ejemplo, Mycobacterium tuberculosis, no utilice estos mecanismos. Los científicos de EPFL ahora han combinado la microscopía de fuerza óptica y atómica para rastrear la división en tales bacterias por primera vez, y han descubierto que en su lugar usan un “patrón de onda” ondulante a lo largo de su longitud para marcar futuros sitios de división. Los hallazgos se publican en Nature Microbiology .

El trabajo fue realizado conjuntamente por los laboratorios de John McKinney y Georg Fantner en EPFL. Los científicos querían entender cómo las bacterias que no tienen los genes para la oclusión de nucleoide y el sistema de minicélulas “deciden” dónde y cuándo dividirse. Esto es importante, ya que muchas bacterias patógenas entran en esta categoría y saber cómo se dividen puede abrir nuevas formas de combatirlas.

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Los investigadores se centraron en Mycobacterium smegmatis , un pariente no patógeno de M. tuberculosis . Ninguna de estas bacterias utiliza los dos sistemas biológicos “convencionales” para coordinar la división, lo que significa que se necesitaba un enfoque no convencional para estudiarlas.

Los investigadores combinaron dos tipos de microscopía para rastrear el ciclo de vida de la bacteria. La primera técnica fue la microscopía óptica, que usa etiquetas fluorescentes para “ver” varias estructuras biológicas y biomoléculas. La segunda técnica fue la microscopía de fuerza atómica, que proporciona imágenes de muy alta resolución de las estructuras en la superficie de la célula al “sentir” la superficie con una pequeña sonda mecánica, al igual que una persona ciega puede formar una imagen mental tridimensional de un objeto al “sentir” la superficie con una pequeña sonda mecánica. pasando las manos por su superficie.

“Este experimento constituye el experimento de microscopía de fuerza atómica continua más largo jamás realizado en células en crecimiento”, dice Georg Fantner, mientras que John McKinney agrega: “Ilustra el poder de las nuevas tecnologías no solo para analizar las cosas que ya sabíamos con mayor resolución, sino también también para descubrir cosas nuevas que no habíamos previsto.”

Armados con un instrumento hecho a medida que combina las dos técnicas, los científicos crearon lapsos de tiempo a largo plazo del crecimiento y la división de la bacteria durante varias generaciones. Inesperadamente, descubrieron que las bacterias producen patrones ondulantes “similares a un canal” a lo largo de su longitud. Estos puntos de referencia morfológicos en la superficie ondulante de las células micobacterianas corresponden a futuros sitios de división celular.

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Los canales son ondas que se repiten aproximadamente, que los científicos calcularon que tienen una longitud de onda promedio de ~ 1,8 μm y una amplitud demasiado pequeña para resolver con microscopios convencionales (alrededor de 100 nm). Esta podría ser la razón por la cual los canales de forma de onda no se han informado antes.

Las imágenes de lapso de tiempo también mostraron que, después de que la micobacteria se divide, las nuevas células “hijas” heredan el patrón de canal de onda de la célula “madre” y finalmente se dividen en el canal de onda más central.

Los canales de ondas pueden formar hasta tres generaciones antes de que se utilicen como sitios de división. Según Alexander Eskandarian, el autor principal del estudio, estas características morfológicas son “con mucho, el hito más antiguo conocido de futuros sitios de división en bacterias”. Sobre la base de estas observaciones, la investigación futura se centrará en identificar los mecanismos subyacentes responsables de la formación y propagación de ondas y el reclutamiento de la maquinaria de división celular.

Este trabajo fue financiado por la Fundación Nacional de Ciencias de Suiza (SNSF), la Iniciativa de Medicamentos Innovadores, el Séptimo Programa Marco de la Unión Europea (EU-FP7) y la Organización Europea de Biología Molecular (EMBO).

Referencia

Haig A. Eskandarian, Pascal D. Odermatt, Joëlle XY Ven, Mélanie TM Hannebelle, Adrian P. Nievergelt, Neeraj Dhar, John D. McKinney, Georg E. Fantner. Selección del sitio de división vinculada a canales de onda de superficie celular heredados en micobacterias. Nature Microbiology 26 de junio de 2017. DOI: 10.1038/nmicrobiol.2017.94

Autor:  Nik Papageorgiou
Fuente: Mediacom

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