Un equipo internacional descubre que, al igual que en los seres humanos, las bacterias del suelo tienen relojes internos que sincronizan sus actividades con los ciclos de 24 horas del día y la noche en la Tierra, según publican en la revista Science Advances (1).
Los relojes circadianos son redes moleculares intracelulares complejas que estructuran los procesos durante las 24 horas del día. Suelen describirse como ritmos diarios autosostenidos y compensados por la temperatura que siguen ciclos de 24 horas de señales de tiempo ambientales cíclicas (zeitgebers). Estos mecanismos de tiempo endógenos son omnipresentes en toda la naturaleza
Los relojes circadianos son redes moleculares intracelulares complejas que estructuran los procesos durante las 24 horas del día.
Este descobrimiento ofrece diversas oportunidades, desde la sincronización precisa del uso de antibióticos hasta la bioingeniería de los microbiomas intestinales y del suelo
Las nuevas investigaciones muestran lo complejos y sofisticados que son estos relojes circadianos bacterianos y abren el camino a una nueva y apasionante fase de estudio. Este trabajo ofrecerá diversas oportunidades, desde la sincronización precisa del uso de antibióticos hasta la bioingeniería de microbiomas intestinales y del suelo más inteligentes.
Se trata de una colaboración internacional entre la Universidad Ludwig Maximillian de Múnich (LMU Múnich), en Alemania; el Centro John Innes (Reino Unido), la Universidad Técnica de Dinamarca y la Universidad de Leiden (Países Bajos) realizó el descubrimiento analizando la expresión génica como prueba de la actividad del reloj en la bacteria del suelo Bacillus subtilis.
La autora principal, la doctora Francesca Sartor, del LMU de Múnich, explica que "el reloj circadiano de este microbio es omnipresente: vemos que regula varios genes y una serie de comportamientos diferentes".
Es asombroso que un organismo unicelular con un genoma tan pequeño tenga un reloj circadiano con algunas propiedades que evocan los relojes de organismos más complejos
ANTONY DODD, profesor del Centro John Innes del Reino Unido
En el mismo sentido, el profesor Antony Dodd, del Centro John Innes, subraya que "es asombroso que un organismo unicelular con un genoma tan pequeño tenga un reloj circadiano con algunas propiedades que evocan los relojes de organismos más complejos".
Trabajos anteriores de este equipo habían demostrado la existencia de un reloj circadiano en una cepa de esta bacteria derivada de laboratorio. Era la primera vez que se observaban relojes circadianos en la bacteria Bacillus subtilis.
Los investigadores utilizaron una técnica que inserta una enzima llamada luciferasa que produce luz cuando se expresa un gen. Esta bioluminiscencia guió al equipo en el seguimiento del reloj bacteriano a medida que variaban las condiciones.
Relojes circadianos en el 'Bacillus subtilis'
La autora principal de la publicación, la profesora Martha Merrow, de la LMU de Múnich, apunta que "este estudio demuestra que los relojes circadianos se encuentran ampliamente en Bacillus subtilis. Podríamos aprovechar el conocimiento del reloj para mejorar la salud y aumentar la sostenibilidad de la producción de alimentos o la biotecnología", añade.
Este nuevo estudio es un avance significativo por múltiples razones. Revela que estos relojes existen en cepas recogidas en entornos naturales, por lo que podrían estar muy extendidos en esta bacteria.
Además, B. subtilis sigue mostrando ritmos circadianos tanto en oscuridad como en luz constantes, y las investigaciones revelan ejemplos de respuestas matizadas que se encuentran en los relojes circadianos de muchos otros organismos. En el campo de la biología circadiana, estas respuestas se conocen como efectos posteriores y regla de Aschoff.
Al igual que en organismos más complejos, las bacterias pueden sincronizar su fisiología y metabolismo a diferentes horas del día según cambien las condiciones de luz y temperatura
En conjunto, esto sugiere que, al igual que en organismos más complejos, las bacterias pueden sincronizar su fisiología y metabolismo a diferentes horas del día según cambien las condiciones de luz y temperatura.
El descubrimiento ofrece oportunidades para la biotecnología, la salud humana y la fitología. Comprender las propiedades de los relojes circadianos bacterianos puede ayudarnos con las aplicaciones industriales de la microbiología; podría conducir a una nueva comprensión de cómo se forman los microbiomas e indicar hasta qué punto los antibióticos funcionan bien a determinadas horas del día para desorganizar las bacterias patógenas.
Este estudio podría conducir a una nueva comprensión de cómo se forman los microbiomas e indicar hasta qué punto los antibióticos funcionan bien a determinadas horas del día para desorganizar las bacterias patógenas
Estos conocimientos también podrían ayudarnos en la protección de cultivos. El 'Bacillus subtilis' es una bacteria beneficiosa del suelo que los agricultores utilizan para facilitar el intercambio de nutrientes, el desarrollo de las plantas y la defensa contra microbios patógenos.
Qué genes intervienen en el mecanismo del reloj
El equipo está desarrollando el Bacillus subtilis como organismo modelo para el estudio de los relojes circadianos en bacterias. Uno de los próximos pasos es averiguar qué genes intervienen en el mecanismo del reloj. El equipo también tiene curiosidad por saber cómo el reloj circadiano de B. subtilis depende de la organización multicelular para su plena funcionalidad
Los relojes circadianos son osciladores internos que ofrecen una ventaja selectiva a los organismos al adaptar su fisiología y metabolismo a los cambios de 24 h en el entorno, como los cambios de luz, temperatura o comportamiento de los depredadores.
Los relojes circadianos son osciladores internos que ofrecen una ventaja selectiva a los organismos al adaptar su fisiología y metabolismo a los cambios de 24 h en el entorno, como los cambios de luz, temperatura o comportamiento de los depredadores. Dan lugar a los efectos perturbadores del jet lag, cuando pasamos a zonas horarias diferentes.
"Lo que es cierto para E. coli es cierto para el elefante"
El profesor Ákos T. Kovács, de la Universidad de Leiden y la Universidad Técnica de Dinamarca, recuerda que "el biólogo francés Jacques Monod dijo una vez una famosa frase: "Lo que es cierto para E. coli es cierto para el elefante". En aquel momento se refería a las reglas universales de la biología molecular: el ADN y las proteínas".
"Del mismo modo, es sorprendente que el reloj circadiano del Bacillus subtilis -una bacteria con sólo cuatro mil genes- tenga un complejo sistema circadiano que recuerda a los relojes circadianos de organismos complejos como las moscas, los mamíferos y las plantas", concluye.
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