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Detrás del proceso de transformación: ¿cómo las bacterias absorben inteligentemente el ADN para mejorar su capacidad de supervivencia?
En el estudio de la microbiología y la biología celular, "competencia" se refiere a la capacidad de una célula de cambiar su genoma absorbiendo ADN extraño del entorno, un proceso conocido como "transformación". La diferencia entre las capacidades naturales e inducidas artificialmente de las bacterias es que las capacidades naturales se producen en entornos genéticos naturales, en el ambiente natural y en el laboratorio, mientras que las capacidades artificiales se producen mediante un procesamiento de laboratorio que hace que las células pasen ADN instantáneamente. Esta capacidad permite a las células adaptarse rápidamente a los cambios ambientales y reparar su ADN, mejorando significativamente su capacidad de supervivencia.
El estudio de las capacidades naturales comenzó en 1928, cuando el científico Frederick Griffith descubrió que las bacterias patógenas moribundas podían cambiar el genotipo de las bacterias inofensivas.
Tras el descubrimiento de Griffith en 1928, Oswald Avery y otros confirmaron en 1944 que este "factor transformador" era ADN puro, revelando así que el ADN es el portador de la información genética celular.
Mecanismos de captación de ADNEn el laboratorio, los científicos suelen proporcionar ADN extraño, que a menudo es un fragmento o plásmido modificado genéticamente. Las células utilizan mecanismos específicos para transportar estos ADN al interior de la célula. Después de que el ADN ingresa a la célula, puede degradarse en nucleótidos para su uso en la replicación del ADN u otras funciones metabólicas. Alternativamente, puede recombinarse en el genoma de la célula mediante enzimas de reparación del ADN; si esta recombinación cambia el genotipo de la célula, la célula se considera transformada.
En muchas bacterias naturalmente competentes, filamentos externos específicos se unen al ADN bicatenario y lo transportan a través de un complejo proteico multicomponente.
Regulación de capacidad
En los cultivos de laboratorio, las capacidades naturales suelen estar estrechamente reguladas y a menudo se desencadenan por deficiencias de nutrientes o condiciones ambientales adversas. Sin embargo, las señales de inducción específicas y los mecanismos reguladores varían enormemente entre las diferentes especies. Los científicos han descubierto algunos factores de transcripción que pueden regular la formación de habilidades, como sxy (también conocido como tfoX). En las bacterias que pueden formar esporas, las condiciones que inducen las esporas suelen coincidir con las que inducen la competencia. Por lo tanto, los cultivos que contienen células formadoras de esporas a menudo también contendrán células competentes.
Las funciones evolutivas y las consecuencias de las capacidades
Las principales propuestas sobre las funciones evolutivas de las capacidades naturales actualmente se dividen en tres categorías: ventajas selectivas que afectan la diversidad genética; captación de ADN como fuente de nucleótidos; y ventajas selectivas en la reparación del ADN dañado mediante recombinación homóloga.
Algunos estudios han sugerido que la transformación bacteriana puede desempeñar un papel similar al comportamiento sexual en organismos superiores en el aumento de la diversidad genética, pero esta visión también tiene algunas dificultades teóricas.
Otra hipótesis es que el ADN sirve como fuente de alimento, ya que las células que ingieren ADN obtienen acceso a los nucleótidos que componen ese ADN, que son esenciales para la síntesis de ADN y ARN.
Hipótesis de la reparación del daño del ADNEn las bacterias, el problema del daño al ADN es más pronunciado durante períodos de estrés, particularmente estrés oxidativo en condiciones de hacinamiento o inanición. Por lo tanto, algunas bacterias inducen competencia bajo estos estreses, lo que también apoya la hipótesis de que la transformación ayuda a la reparación del ADN. Los experimentos han demostrado que las células que han sido tratadas con daño en el ADN tienen una mayor tasa de supervivencia si sufren una transformación que las células dañadas que no han sido transformadas.
Transferencia horizontal de genesSi bien esta capacidad puede proporcionar beneficios a largo plazo a las bacterias, también puede ser posible en algunos casos conferirles resistencia u otras ventajas a través de diferentes combinaciones genéticas. La naturaleza compleja del genoma demuestra claramente la capacidad de las bacterias para permitir la transferencia horizontal de genes, lo que ayuda a aumentar la diversidad genética y apoya así su proceso evolutivo.
Ante un entorno que cambia rápidamente, ¿cómo utilizan inteligentemente las bacterias esta capacidad para estabilizarse y adaptarse al mundo exterior?
