{"id":131388,"date":"2014-03-23T20:41:23","date_gmt":"2014-03-23T19:41:23","guid":{"rendered":"http:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/microbiologia\/2014\/03\/23\/131388"},"modified":"2014-03-23T20:41:23","modified_gmt":"2014-03-23T19:41:23","slug":"montaje-de-nanomaquinas-en-tubos-fabricados-con-bacterias","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/microbiologia\/2014\/03\/23\/131388","title":{"rendered":"Montaje de nanom\u00e1quinas en tubos fabricados con bacterias"},"content":{"rendered":"

Para investigar c\u00f3mo funcionan las m\u00e1quinas microsc\u00f3picas que mantienen vivas a las c\u00e9lulas, muchos cient\u00edficos intentan reproducir en el tubo de ensayo los procesos que suceden en los seres vivos.<\/strong> En mi laboratorio<\/a> decidimos hace unos a\u00f1os convertir a una bacteria en un tubo de ensayo para a\u00f1adirle los ingredientes cuya actividad se quiera ensayar.<\/p>\n

\"Bottled__test_tube_slimes_by_emla-d4z0229\"<\/a><\/p>\n

El tubo de ensayo es un ambiente artificial pero sirve para investigar y reproducir parte de lo que sucede en un ser vivo.<\/strong><\/span><\/p>\n

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Usar tubos de ensayo permite a los cient\u00edficos a\u00f1adir a voluntad uno u otro de los componentes de las reacciones bioqu\u00edmicas y analizar los resultados. Tomando como punto de partida los avances t\u00e9cnicos y los conocimientos obtenidos mediante esa ingente labor de an\u00e1lisis que se realiz\u00f3 en el siglo veinte queremos ahora dar un paso m\u00e1s: sintetizar algunas nanom\u00e1quinas de las que poseen las c\u00e9lulas para reproducir en el tubo de ensayo los procesos que suceden en los seres vivos. Esto no es dif\u00edcil cuando se trata de reacciones qu\u00edmicas sencillas, como podr\u00eda ser la oxidaci\u00f3n del alcohol por enzimas del h\u00edgado en la cual intervienen el etanol, una enzima y el ox\u00edgeno.<\/p>\n

Pero cuando se intenta reproducir un proceso m\u00e1s complejo, como es el caso de ensamblar un tabique que divida en dos a una bacteria durante la proliferaci\u00f3n celular la tarea se complica. No solo porque intervienen varias decenas de tipos de mol\u00e9culas diferentes que interaccionan entre ellas de muy diversas maneras, sino porque la maquinaria molecular para dividir a la bacteria madre en dos hijas ha de estar perfectamente integrada en la estructura de una c\u00e9lula, si no fuese as\u00ed la divisi\u00f3n celular podr\u00eda tener consecuencias funestas.<\/p>\n

\"Maxicells\"<\/a><\/p>\n

Bacterias convertidas en tubos de ensayo.<\/strong> Se inicia el proceso irradiando con luz ultravioleta un cultivo de bacterias. Los da\u00f1os causados en su ADN provocan la degradaci\u00f3n del cromosoma (los \u00f3valos azules) y un antibi\u00f3tico, la cicloserina, destruye la pared celular (el rect\u00e1ngulo de color negro) de cualquier bacteria cuyo cromosoma haya escapado a la destrucci\u00f3n. Al final queda un conjunto de c\u00e9lulas sin cromosoma llamadas maxic\u00e9lulas, que pese a estar pr\u00e1cticamente muertas, ya que no se pueden reproducir, todav\u00eda pueden producir prote\u00ednas a partir de los genes que se hayan colocado en pl\u00e1smidos. Procedimiento tomado de Sancar et al<\/em>. 1979. J. Bacteriol.<\/em> 137<\/strong>: 692-693.<\/a><\/span><\/p>\n

En mi laboratorio<\/a> del Centro Nacional de Biotecnolog\u00eda<\/a> del CSIC<\/a>, Manuel Pazos y Paolo Natale han conseguido reproducir varias reacciones complejas que ocurren en la bacteria Escherichia coli<\/em> utilizando como recipiente a la misma bacteria privada de su cromosoma. Uno de los trabajos realizados acaba de publicarse en la revista PLOS ONE. Para eliminar el cromosoma sometieron a la bacteria a la acci\u00f3n de luz ultravioleta, lo que al producir da\u00f1os en el ADN provoca su destrucci\u00f3n. Aprovecharon adem\u00e1s que las mol\u00e9culas de ADN de peque\u00f1o tama\u00f1o, como los pl\u00e1smidos, se escapan al da\u00f1o producido por la luz ultravioleta en el cromosoma, que es de mayor tama\u00f1o. Colocando en pl\u00e1smidos los genes cuyos productos se quieren estudiar se a\u00f1aden a voluntad uno o m\u00e1s ingredientes de los que la bacteria utiliza para proliferar. A continuaci\u00f3n pudieron determinar si en ausencia del cromosoma esos productos tienen la misma actividad que en la bacteria intacta para as\u00ed averiguar el papel que ejerce el cromosoma en la divisi\u00f3n de la bacteria.<\/p>\n

Uno de los mecanismos por los que la bacteria evita el da\u00f1o que se producir\u00eda a s\u00ed misma si al dividirse no lo hiciese exactamente por la mitad consiste en localizar d\u00f3nde est\u00e1 el punto central de su longitud. Para ello E. coli<\/em> utiliza unas mol\u00e9culas que se desplazan de una punta a otra de la bacteria impidiendo que la divisi\u00f3n ocurra por cualquier lugar que no sea el centro. En el trabajo publicado ahora se ha comprobado que esa misi\u00f3n preventiva ocurre incluso aunque no haya cromosoma, las mol\u00e9culas que la ejecutan pueden seguir recorriendo el interior de la bacteria ellas solas sin necesidad de que nada m\u00e1s las gu\u00ede.<\/p>\n

\"MinD\"<\/a><\/p>\n

El desplazamiento de las prote\u00ednas Min a lo largo de la bacteria detecta la posici\u00f3n en donde se encuentra la mitad de cada c\u00e9lula.<\/strong> Ese es el sitio en donde se ensambla la maquinaria que divide la c\u00e9lula para producir dos hijas iguales. En la bacteria normal la posici\u00f3n central la puede marcar tambi\u00e9n el lugar en donde los dos cromosomas quedan separados tras la replicaci\u00f3n del ADN. En la imagen se muestra la secuencia que dentro de una maxic\u00e9lula recorre MinD, una de las prote\u00ednas Min, fusionada a una prote\u00edna fluorescente de color verde. Se tomaron im\u00e1genes sucesivas cada medio minuto. En las maxic\u00e9lulas el recorrido se hace incluso aunque no haya cromosoma. De ello se deduce que el desplazamiento de las prote\u00ednas Min es independiente del sistema que impide la formaci\u00f3n de un tabique de divisi\u00f3n que cortar\u00eda el cromosoma si ocurriese antes de completarse la replicaci\u00f3n. Los dos sistemas, Min y la oclusi\u00f3n del centro por el cromosoma sin replicar, son mecanismos complementarios que evitan errores durante la divisi\u00f3n de la c\u00e9lula. <\/span><\/p>\n

La aplicaci\u00f3n pr\u00e1ctica de estas observaciones se conseguir\u00e1 cuando se identifiquen compuestos que inutilicen los mecanismos que los pat\u00f3genos usan para proliferar y causar enfermedades. Ser\u00e1n nuevos antibi\u00f3ticos que ayudar\u00e1n a combatir las infecciones provocadas por bacterias que cada vez son m\u00e1s resistentes a los medicamentos ahora disponibles.<\/p>\n

El trabajo ahora publicado se inspir\u00f3 en una conversaci\u00f3n con Fernando de la Cruz<\/a> de la Universidad de Cantabria y ha contado con la colaboraci\u00f3n de William Margolin<\/a> de la Universidad de Texas-Houston School of Medicine y la aportaci\u00f3n t\u00e9cnica de Pilar Palacios y Mercedes Casanova.<\/p>\n

REFERENCIA: <\/span><\/strong><\/p>\n

Pazos M, Casanova M, Palacios P, Margolin W, Natale, P, Vicente M (2014) FtsZ Placement in Nucleoid-Free Bacteria. PLoS ONE 9(3): e91984<\/a>. doi:10.1371\/ journal.pone.0091984.<\/p>\n

Otras publicaciones que hacen uso de las maxic\u00e9lulas para estudiar la proliferaci\u00f3n de E. coli<\/em>:<\/span><\/p>\n

M. Pazos, P. Natale and M. Vicente. 2013. A specific role for the ZipA protein in cell division: stabilization of the FtsZ protein. J. Biol. Chem.<\/em> 288<\/strong>: 3219-3226<\/a>.<\/p>\n

M. Pazos, P. Natale, W. Margolin and M. Vicente. 2013. Interactions among the early Escherichia coli<\/em> divisome proteins revealed by Bimolecular Fluorescence Complementation (BiFC). Environmental Microbiol<\/em>. 15<\/strong>: 3282\u20133291.<\/a><\/p>\n

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