
Imagen microscópica que muestra numerosas células pequeñas con forma de bastón. Crédito: Departamento de Ciencias Biológicas de la Universidad de Vanderbilt
En un estudio dirigido por Sarah Worthon, PhD, investigadora postdoctoral en el Laboratorio Behringer de la Universidad de Vanderbilt, los científicos han desarrollado con éxito cultivos microbianos capaces de detectar cambios de pH, proporcionando respuestas rápidas a las fluctuaciones ambientales.
Además de resaltar el poder de la evolución impulsada por el laboratorio, el descubrimiento condujo al descubrimiento de adaptaciones similares en la naturaleza en patógenos emergentes y simbiontes de coral, organismos que navegan por cambios desafiantes de pH en sus entornos y son difíciles de estudiar.
Se publicó un nuevo artículo titulado «Evolución de la terminación de la transcripción sensible al pH en Escherichia coli durante la adaptación a la inanición prolongada repetida». Actas de la Academia Nacional de Ciencias El 19 de septiembre de 2024. Un resultado importante de este trabajo fue el descubrimiento de la adaptación en poblaciones de bacterias que evolucionaron independientemente y que se produce cuando las bacterias están expuestas a ciclos de banquete y hambruna.
Según el artículo, esta mutación, que reemplaza el aminoácido arginina por histidina, se produjo en la proteína Rho, que interviene en la terminación de la transcripción del ARN. Se han encontrado mutaciones de arginina a histidina en cánceres y se ha demostrado que confieren capacidad adaptativa de detección del pH a las proteínas oncogénicas. En las bacterias, estas mutaciones de arginina a histidina pueden detectar el pH y alterar la actividad de la proteína Rho para influir rápidamente en la forma en que se expresan los genes.
Evolucionado en el laboratorio.
El coautor Benjamin Bratton, Ph.D., profesor asistente de patología, microbiología e inmunología en el Centro Médico VU, dirigió experimentos de laboratorio e imágenes para el análisis de ensayos de pH. Un director de investigación del CNRS y químico formado en el Centro de Moléculas Biofísicas de Orleans, Francia, realizó experimentos bioquímicos que demostraban la actividad alterada de Rho en entornos de pH.
Según Megan Behringer, Ph.D., profesora asistente de ciencias biológicas e investigadora principal del estudio, «Esta mutación en Rho surgió repetidamente en los cultivos evolutivos de nuestro laboratorio. Mostramos muchos fenotipos y luchamos por identificar la especificidad de Rho Luego llegamos a la marca y los efectos variaron con el pH. Preguntó si lo habíamos considerado.
«Luego volvimos a nuestros datos genómicos y notamos que cada mutación en Rho coincidía con una mutación en un gen llamado ‘ydcI’. Comenzamos a reconstruir toda la historia».
«El Dr. Behringer se acercó a mí unas semanas después de la apertura de mi laboratorio en Vanderbilt con esta interesante observación sobre el pH de la solución, pero me preguntó si teníamos una manera de medir el pH dentro de las células individuales», señaló Bratton.
«Medir la fisiología de una sola célula bacteriana es una de las habilidades principales del laboratorio de Bratton, por lo que esta colaboración es excelente. Aunque las bacterias se comunican entre sí a través de su entorno extracelular, las células individuales tienen poco control sobre su entorno intracelular».
Baudvillan añadió: «Estamos encantados de contribuir a experimentos bioquímicos que muestran que la mutación Arg-to-His regula la actividad Rho in vitro de forma dependiente del pH».

RLTS selecciona mutaciones en RHo e ydcI. Crédito: Actas de la Academia Nacional de Ciencias (2024) DOI: 10.1073/pnas.2405546121
Encontrado en la naturaleza
Después de experimentos de laboratorio, el equipo pasó a buscar estas mutaciones en sistemas naturales.
Según Behringer, «encontramos esto en Bartonella bacilliformis, un patógeno desatendido que causa la enfermedad carroñera en los valles andinos de América del Sur. Ya se sabía que esta especie de bacteria detectaba el pH porque se adapta rápidamente desde el intestino de los insectos con un pH alto al neutro». pH de la sangre humana cuando se transmite por su vector flebótomo.»
Estos resultados también tienen implicaciones en el mundo de las esponjas marinas. Según el artículo, el pH del océano forma gradientes en regiones específicas, como el interior de los respiraderos hidrotermales o el interior de los cuerpos de esponjas. Los microorganismos que viven dentro y alrededor de estas áreas necesitan adaptarse rápidamente a ambos entornos. Su expresión genética evolucionada permite esta transición; Sin embargo, el cambio climático podría alterar seriamente esta dinámica.
«Si el pH del océano comienza a parecerse al pH de una esponja, es una amenaza para las bacterias y sus simbiontes», dijo Behringer. «Las bacterias pueden perder la señal ambiental que impulsa el comportamiento apropiado a su entorno actual».
Baudwillon dijo que la colaboración comenzó como un feliz accidente. Behringer contactó primero a Baudwillon para ver si la persona del suplemento había desaparecido del sitio web. Cuando se conectaron, los dos se dieron cuenta de que sus trayectorias de investigación estaban bien alineadas.
«Realmente disfruté participar en este trabajo interdisciplinario. Aprendí mucho de Ben, Sarah y Megan», dijo. «Es un gran placer y una oportunidad trabajar con estos colegas jóvenes y dinámicos».
Más información:
sara b. Worthen et al., Evolución de la terminación de la transcripción sensible al pH en Escherichia coli durante la adaptación a la inanición prolongada y repetida, Actas de la Academia Nacional de Ciencias (2024) DOI: 10.1073/pnas.2405546121
Proporcionado por el Departamento de Ciencias Biológicas de la Universidad de Vanderbilt
referencia: Evolucionado en el laboratorio, encontrado en la naturaleza: descubriendo capacidades ocultas de detección de pH en cultivos microbianos (20 de septiembre de 2024) Consultado el 21 de septiembre de 2024 en https://phys.org/news/2024-09-evolved-lab-nature-uncovering -oculto.
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