NeoFronteras

El secreto de la bacteria gigante

Área: Biología — jueves, 15 de mayo de 2008

Una bacteria de más de medio milímetro de tamaño y que vive en el interior del pez cirujano posee centenares de copias de su propio genoma.

Foto
Ejemplar de Epulopiscium junto a un protozoo (paramecio) y una bacteria E. coli (punto negro). Foto: Esther Angert/Cornell.

Las bacterias son los seres vivos autónomos más pequeños y simples que existen. Son los que más éxito han tenido en el mundo biológico y de los más antiguos en la historia evolutiva de este planeta. Son procariotas, no tienen núcleo diferenciado y son estructuralmente simples. Estos microorganismos están en todas partes, incluso muchos de ellos viven dentro de nosotros. El cuerpo humano posee mayor número de bacterias que de células somáticas. Nos ayudan en el tracto digestivo, cumplen otras funciones y, a veces, nos invaden y matan.
Una especie de pez tropical de la barrera de coral australiana posee en su interior una especie de bacteria especial: Epulopiscium spp. Es una de las excepciones a lo mencionado antes en cuanto a tamaño se refiere. Son bacterias realmente gigantes, miles de veces más grandes que las bacterias normales o incluso mayores que los protozoos corrientes. Son lo suficientemente grandes como para poder ser visibles a simple vista. Lo fascinante es que estructuralmente siguen siendo bacterias como las demás.
Una reciente investigación, realizada por científicos de la Universidad de Cornell y dirigida por Esther Angert, ha desvelado que esta bacteria se puede permitir este tamaño porque es capaz de copiar miles de veces su genoma, mostrando que una simple modificación genética del diseño básico bacteriano permite este crecimiento desmesurado.
Epulopiscium vive en un sitio especial: el tracto digestivo del pez cirujano. Entre esta bacteria y el pez ha evolucionado una relación simbiótica que beneficia a ambos seres. Al principio de ser descubierto a este microorganismo flagelado se le clasificó como un protista debido a su gran tamaño, pero el análisis ulterior demostró su naturaleza bacteriana. Mide unas 700 micras, es decir más de medio milímetro. Si una E. coli mide una micra se puede calcular fácilmente que cabrían millones de E. coli dentro de una Epulopiscium.
Aunque se sabía que otras bacterias son capaces de copiar muchas veces su genoma (a lo sumo un centenar de veces, como en el caso de Buchnera aphidicola que vive dentro de áfidos y tiene 120 copias del mismo genoma), ninguna otra lo copia 100.000 veces como en este caso.
Las bacterias son pequeñas por ser estructuralmente simples. Carecen de los orgánulos especializados de los eucariotas. Éstos cumplen funciones especializadas como la asimilación de nutrientes, organización de funciones celulares, almacenamiento del ADN, fotosíntesis, producción de energía, etc. Para que todos ellos quepan en la célula eucariota, dicha célula debe de ser grande y como algunos cumplen la función de mecanismo de transporte interno se lo pueden permitir. Las bacterias, por otro lado, simplemente dejan pasar productos a través de la membrana celular por difusión para obtener así los nutrientes. Como no pueden moverlos activamente a través de su interior, deben de ser pequeñas para que la difusión funcione bien. Una bacteria grande, con un ratio superficie/volumen menor, simplemente moriría de hambre.
Pero si se copia el genoma miles de veces de tal modo que se disponga de todo lo necesario justo detrás de la membrana y cerca de la superficie, el ADN y toda la maquinaria bioquímica puede responder rápidamente de manera local a los estímulos externos, produciendo las proteínas necesarias según las necesidades locales. Esto es precisamente lo que hace esta bacteria.
De este modo al disponer también de ADN periférico cerca del ambiente exterior, la bacteria puede reaccionar inmediatamente si algo entra en contacto por la pared celular.
¿Pero qué ventaja tiene ser tan grande? Una bacteria de ese tamaño es más móvil que cualquier otra y tan grande que casi ningún protozoo la puede ingerir. El tracto digestivo del pez en cuestión es una ecosistema poblado por muchos seres, incluyendo varias especies de protozoos que eventualmente pueden ser sus enemigos. Pero con ese tamaño solamente el ciliado Balantidium jocularum es capaz de depredar esta bacteria.
El precio a pagar por este tamaño es una mayor inversión en energía para mantener todos estos genomas, pero el ambiente generoso del aparato digestivo de pez cirujano lo puede proporcionar.
Esta bacteria no es la mayor bacteria conocida. Thiomargarita namibiensis, de forma esférica, mide 800 micras, pero en este caso el microorganismo no contiene miles de genomas, sino una vacuola central (una simple bolsa inactiva), que representa el 98% de su volumen, y que empuja el citoplasma a las cercanía de la pared celular. Por contra, la parte central de Epulopiscium está activa y consume nutrientes.
Para su reproducción Epulopiscium no se divide sin más en dos individuos como otras bacterias, sino que produce descendencia en su interior, normalmente dos ejemplares en forma de cigarro puro que crecen dentro del citoplasma hasta que la célula madre, muriendo en el proceso, revienta y los deja libres.

Fuentes y referencias:
Nota de prensa de Cornell University.
Artículo en PNAS (resumen).
Cornell University.
Epulopiscium Website.

Salvo que se exprese lo contrario esta obra está bajo una licencia Creative Commons.
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8 Comentarios

  1. Xabi:

    Esa simbiosis entre la bacteria y el pez me recuerda a la teoría de la simbiogénesis de Lynn Margulis, según la cual el genoma de la bacteria puede llegar a formar parte del genoma del huésped, tras un proceso coevolutivo.
    ¿Qué puede decirme al respecto?

  2. NeoFronteras:

    No es lo mismo. Eso ha pasado con los cloroplastos o las mitocondrias, y en el proceso perdieron genes, no los ganaron. Los parásitos también pierden genes. En general se tiende a perder los genes que no se utilizan o son innecesarios.

  3. tomás:

    “Una bacteria grande, con un ratio superficie/volumen menor, simplemente moriría de hambre”. Esta frase me parece totalmente equivocada. Es cierto que para una forma determinada, invariable, el ratio disminuye linealmente con el tamaño. Basta considerar L2/L3 = 1/L, pero resulta que la forma es muchísimo más importante y es perfectamente variable. A una bacteria le basta aplanarse o adelgazarse para no tener ningún problema de dimensión por ese motivo -quizá por evolución; no sé hasta qué punto un individuo concreto-. Hay también otras muchas soluciones para la cuestión de la forma y la naturaleza ofrece innumerables ejemplos para la función de alimentarse por filtrado.

  4. NeoFronteras:

    Una bacteria plana tendría problemas estructurales graves, tanto para mantener esa forma como para mantener su integridad. Si la evolución no la ha seleccionado debe de ser por algo. Aunque en este caso la bacteria es alargada y no esférica. Para el otro ejemplo que se da la bacteria eligió la solución de la vacuola.
    Este tipo de problemas superficie/volumen se han solucionado en otros ámbitos biológicos con una geometría fractal, pero esto sería demasiado para las bacterias.
    La frase es en todo caso correcta, pues no se han encontrado bacterias planas aún.

  5. Petrus:

    A ver si algún científico es capaz de emular a esta bacteria y nos dota de una buena copia de seguridad de nuestro ADN original y de la capacidad de introducir esa copia en las células envejecidas para restaurarlas. Supongo que si a una célula vieja se le secuestra su ADN envejecido y se lo sustituye por uno joven, se notaría la diferencia. Al menos la información estaría más completa aunque no actualizada.

  6. tomás:

    En efecto, no parece haber bacterias decididamente planas. Sólo las helicoidales, entre las que podemos citar la Helicobacter pylori, podrían ser candidatas con reservas. Pero a continuación de mencionar “aplanarse” digo claramente “o adelgazarse” refiriéndome a lo filiforme, de lo cual hay ejemplos múltiples.
    Retiro, por excesivo, el que la frase esté totalmente equivocada, pero sostengo que es equívoca, o sea que tal como está redactada induce a error. Lo importante de mi comentario es resaltar la forma frente al ratio, lo contrario que la frase, que solo destaca este.
    Y ello resulta contradictorio cuando tanto cocos como bacilos han escogido precisamente los ratios más desfavorables, sólo compensados por su pequeño tamaño. Pero hay algo en común entre ambas formas que puede explicar lo aparentemente contradictorio: la presión interna lleva precisamente a una forma esférica o cilíndrica y esa presión interna proporciona una membrana tensa con poros más abiertos, lo que permite un intercambio óptimo. Una vacuola no presenta problema si su presión interna es mayor que la somática.
    Dicen Vds. que “si la evolución no la ha seleccionado debe ser por algo” y “que no se han encontrado bacterias planas aún”. Todo ello es muy posible, pero mi interés está en comprender por qué.
    Por todo lo demás, es de justicia reconocer lo muy interesante del artículo. En particular la reproducción de la Epulopiscium me parece sorprendente y no sé si única.
    Un saludo cordial.

  7. Xabi:

    Creo que se confunde con la teoría de la endosimbiosis, que Lynn Margulis utiliza, en efecto, para explicar la formación de los orgánulos de la célula eucariota a partir de antiguas bacterias libres. Yo me refería a otra teoría de esta autora, esta es, la Simbiogénesis. Según esta teoría las bacterias intercambian genoma con el huésped, y esto podría explicar las mutaciones que ponen en marcha el proceso de evolución. Es sobre este punto de vista sobre el que quisiera más información.

    Gracias.

  8. NeoFronteras:

    Epulopiscium es ya de por sí alargada. El ratio mencionado no asume que esta bacteria o cualquier otra deben de ser esféricas. El ratio superficie/volumen no lo asume. Como menciona usted hay muchas que no lo son. Casos extremos de bacterias grandes y planas no se han observado, aunque quizás las haya.

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