{"id":132880,"date":"2022-12-11T20:46:59","date_gmt":"2022-12-11T19:46:59","guid":{"rendered":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/microbiologia\/?p=132880"},"modified":"2022-12-11T22:39:35","modified_gmt":"2022-12-11T21:39:35","slug":"los-fosiles-en-las-bacterias-estan-vivos","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/microbiologia\/2022\/12\/11\/132880","title":{"rendered":"Los f\u00f3siles en las bacterias est\u00e1n vivos… y algunos controlan su proliferaci\u00f3n.\u00a0"},"content":{"rendered":"

Autores: Miguel Vicente y Jes\u00fas Mingorance    <\/span><\/strong><\/p>\n

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Averiguar c\u00f3mo ha sido la evoluci\u00f3n de los seres vivos actuales, qu\u00e9 relaciones tienen entre ellos y de qu\u00e9 ancestros descienden no es tarea sencilla. Es preciso conocerlos al detalle y tambi\u00e9n disponer de los restos de sus antepasados, por ejemplo de toda una \u201cSima de Atapuerca\u201d de huesos f\u00f3siles para reconstruir la de los hom\u00ednidos m\u00e1s recientes.<\/p>\n

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\u00bfC\u00f3mo podremos reconstruir el linaje, lo que los cient\u00edficos llaman filogenia, de las bacterias si no tienen huesos? Desde hace tiempo los cient\u00edficos que han estudiado la filogenia bacteriana han recurrido, en ausencia casi total de f\u00f3siles, a estudiar el ADN de las bacterias vivas<\/strong>. Se podr\u00eda decir que como el ADN se hereda de generaci\u00f3n en generaci\u00f3n, el genoma de una bacteria viva, donde est\u00e1n sus genes, es como una \u201csima de Atapuerca\u201d que ha pasado de sus ancestros hasta las bacterias actuales.<\/p>\n

L\u00f3gicamente para establecer la filogenia solo sirve el an\u00e1lisis de la secuencia de los genes comunes en todas ellas, como ocurre con los genes ribosomales que son imprescindibles para ensamblar los ribosomas, unos complejos moleculares encargados de sintetizar las prote\u00ednas en las c\u00e9lulas de todos los seres vivos. Los virus, que no son c\u00e9lulas, son un caso aparte.<\/p>\n

Hace ya a\u00f1os se observ\u00f3 que no solo se ha conservado la secuencia de los genes compartidos, tambi\u00e9n en algunos casos se ha mantenido el orden en que aparecen dentro del genoma. Esta conservaci\u00f3n del orden es m\u00e1s frecuente en los genes que, como los de los ribosomas, tienen un papel estructural y menos en los que lo tienen funcional. Una grata sorpresa ha sido encontrar que se conserva tambi\u00e9n el orden del agrupamiento dcw<\/em><\/strong>, un conjunto de genes de tipo funcional.<\/p>\n

El agrupamiento dcw<\/em> incluye muchos de los genes encargados de que se sintetice la pared bacteriana y del divisoma<\/strong>, que es el conjunto de prote\u00ednas imprescindible para que se ejecute con precisi\u00f3n la divisi\u00f3n de la bacteria. El dcw <\/em>suministra as\u00ed informaci\u00f3n sobre la filogenia de las bacterias como si fuese un registro f\u00f3sil de los ancestros de las bacterias actuales.<\/p>\n

No ha sido f\u00e1cil concluir que en las bacterias actuales, adem\u00e1s de conservarse, los genes del agrupamiento dcw<\/em> tambi\u00e9n se han mantenido en el mismo orden. Durante d\u00e9cadas se han aportado datos por varios investigadores, en particular por quienes estudiamos los mecanismos moleculares que forman el divisoma. En el inicio se encontr\u00f3 que en Escherichia coli, <\/em>cerca de genes como ftsA<\/em> y ftsZ<\/em>, que codifican prote\u00ednas del divisoma, se localizaba un gen mra<\/em> que codifica una prote\u00edna responsable de la s\u00edntesis del peptidoglicano, el componente cuya estructura mantiene la rigidez de la pared bacteriana y evita que las bacterias estallen por la presi\u00f3n a la que est\u00e1 su interior. En trabajos posteriores se encontraron m\u00e1s de esos genes tanto de divisi\u00f3n como de pared y la gen\u00e9tica molecular indicaba que varios se encontraban en la misma zona del cromosoma. Fueron las t\u00e9cnicas de secuenciaci\u00f3n del ADN las que finalmente mostraron que ese lugar del genoma de E. coli <\/em>solo contiene genes relacionados con la divisi\u00f3n celular y la s\u00edntesis de la pared y por eso lo designamos como agrupamiento dcw<\/em>, acr\u00f3nimo de divisi\u00f3n y pared celular<\/strong> (en ingl\u00e9s division and cell wall<\/em>). La observaci\u00f3n bien hubiera podido quedarse as\u00ed, al menos para mi papel (M. V.) en esta historia, si no hubiese intervenido la afortunada circunstancia de una invitaci\u00f3n al ITQB en Oeiras, Portugal, donde trabajaba Adriano Henriques. \u00c9l hab\u00eda le\u00eddo el borrador de un art\u00edculo de revisi\u00f3n en el que junto con Juan Ayala propon\u00edamos nombrar al conjunto como dcw <\/em>(Ayala et al.<\/em>, 1994). Adriano hab\u00eda participado en la redacci\u00f3n de una revisi\u00f3n similar en Bacillus subtilis<\/em> (Buchanan et al.<\/em>, 1994) y me dijo que en esa bacteria, tan poco parecida a E. coli<\/em> como un humano a un percebe, los genes equivalentes tambi\u00e9n estaban agrupados, todos ellos orientados en el mismo sentido y en el mismo orden. A partir de ah\u00ed el n\u00famero de bacterias en las que se iba revelando la existencia del agrupamiento dcw<\/em> aument\u00f3 y fue la colaboraci\u00f3n que mantuvimos con Alfonso Valencia y Javier Tamames aplicando t\u00e9cnicas inform\u00e1ticas la que nos permiti\u00f3 comprobar la existencia del agrupamiento en un n\u00famero mayor de bacterias, todas ellas de forma bacilar (Tamames et al<\/em>., 2001). As\u00ed se llega al presente, en el que un grupo del Instituto Pasteur de Par\u00eds ha analizado el agrupamiento dcw<\/em> en 1081 genomas pertenecientes a los 102 filos bacterianos (o divisiones) reconocidos actualmente (Megrian et al<\/em>., 2022). Los genes del agrupamiento se identifican en los genomas de todos los filos, y el agrupamiento se ha encontrado completo en la mayor\u00eda (57%), fragmentado en la tercera parte (32%), y disgregado en el 10% de ellos. M\u00e1s importante, en todos los casos<\/strong> en los que se ha identificado el agrupamiento, el orden de los genes se conserva<\/strong>. A veces algunos genes est\u00e1n ausentes o se encuentran fuera del dcw<\/em>, pero por otra parte hay genes que se encuentran invariablemente dentro del agrupamiento y siempre en la misma posici\u00f3n relativa.<\/p>\n

No se conoce ning\u00fan mecanismo que justifique el orden en el que se encuentran los genes dentro del agrupamiento dcw<\/em>, ni su conservaci\u00f3n. No es un oper\u00f3n, no todos los genes se expresan como una unidad de transcripci\u00f3n. Nosotros propusimos en su d\u00eda la hip\u00f3tesis de canalizaci\u00f3n gen\u00f3mica<\/em> que postulaba que durante la s\u00edntesis de las prote\u00ednas el orden de los genes podr\u00eda facilitar el ensamblaje de algunos complejos macromoleculares y coordinar el crecimiento de la pared celular y el del septo de divisi\u00f3n en las c\u00e9lulas bacilares (Mingorance et al<\/em>., 2004).<\/em> Sin embargo, en el trabajo de Mergian et al.<\/em>, con muchos m\u00e1s genomas y un rango taxon\u00f3mico m\u00e1s amplio, no se encuentra una asociaci\u00f3n entre la estructura del dcw<\/em> y la forma de las c\u00e9lulas, descartando, o al menos no confirmando, nuestra hip\u00f3tesis. Tampoco se encuentra relaci\u00f3n con la estructura de la pared celular (una o dos membranas) o la capacidad de formar esporas.<\/p>\n

Los autores del trabajo realizan una reconstrucci\u00f3n del contenido y el orden de los genes del dcw<\/em> y concluyen que el ancestro com\u00fan a todas las bacterias existentes<\/strong> (LBCA, last bacterial common ancestor<\/em>) ten\u00eda un agrupamiento de diecis\u00e9is genes en exactamente el mismo orden<\/strong> en que se encuentran en los genomas actuales, y que las fragmentaciones y p\u00e9rdidas de genes son caracteres derivados que han ocurrido de manera independiente a lo largo de la historia evolutiva de las bacterias. Esto concuerda plenamente con las conclusiones de otro trabajo similar publicado tambi\u00e9n este a\u00f1o por otro grupo (L\u00e9onard et al., 2022) y sugiere que el dcw<\/em> puede ser una buena herramienta para reconstruir la filogenia de las bacterias y resolver dudas o ambig\u00fcedades observadas con otros marcadores. Por ejemplo, Megrian et al<\/em>. lo aplican al estudio del filo CPR (Candidate Phyla Radiation<\/em>), un grupo enigm\u00e1tico, de amplia distribuci\u00f3n geogr\u00e1fica pero con muy pocas especies cultivadas, y comprueban que en consonancia con la taxonom\u00eda previa el filo est\u00e1 formado por dos subgrupos, y que pertenece al superfilo Terrabacteria (los cl\u00e1sicos gram-positivos monodermos, con membrana celular y sin membrana extena) tal como suger\u00edan algunos estudios de microscop\u00eda electr\u00f3nica.<\/p>\n

Si el LCBA, el ancestro de las bacterias actuales, ya ten\u00eda un agrupamiento dcw<\/em>, se trata entonces de una estructura gen\u00e9tica muy antigua<\/strong>, mucho m\u00e1s antigua que los animales, las plantas o los microorganismos eucariotas unicelulares. El hecho de que el orden de los genes se haya conservado durante dos o tres mil millones de a\u00f1os<\/strong> indica que, de alguna manera, debe estar implicado en un mecanismo (desconocido) de regulaci\u00f3n o coordinaci\u00f3n entre el crecimiento y la divisi\u00f3n de las c<\/strong>\u00e9<\/strong>lulas.<\/strong> Un mecanismo que no parece ser esencial, puesto que el agrupamiento puede fragmentarse o disgregarse, pero que debe ser lo suficientemente importante como para conservarse total o parcialmente en el 90% de los filos analizados. El dcw<\/em> es, sin duda, un f<\/strong>\u00f3sil viviente<\/strong> y una herramienta muy valiosa para reconstruir la historia evolutiva de las bacterias.<\/p>\n

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Referencias<\/strong><\/span><\/p>\n

Ayala J. A., Garrido T., de Pedro M. A. and Vicente M. (1994) Molecular biology of bacterial septation. In: New Comprehensive Biochemistry. Bacterial Cell Wall, vol. 27, pp. 73\u2013101, Hakenbeck R. and Ghuysen J. M. (eds), Elsevier, Amsterdam.<\/p>\n

Buchanan C. E., Henriques A. O. and Piggot P. J. (1994) Cell wall changes during bacterial endospore formation. In: New Comprehensive Biochemistry. Bacterial Cell Wall, vol. 27, pp. 167\u2013183, Hakenbeck R. and Ghuysen J. M. (eds), Elsevier, Amsterdam.<\/p>\n

L\u00e9onard RR, Sauvage E, Lupo V, Perrin A, Sirjacobs D, Charlier P, Kerff F, Baurain D. Was the Last Bacterial Common Ancestor a Monoderm after All? Genes (Basel). 2022 Feb 18;13(2):376. doi: 10.3390\/genes13020376. PMID: 35205421; PMCID: PMC8871954.<\/p>\n

Megrian D, Taib N, Jaffe AL, Banfield JF, Gribaldo S. Ancient origin and constrained evolution of the division and cell wall gene cluster in Bacteria. Nat Microbiol. 2022 Dec;7(12):2114-2127. doi: 10.1038\/s41564-022-01257-y. Epub 2022 Nov 21. PMID: 36411352.<\/p>\n

Mingorance J, Tamames J, Vicente M. Genomic channeling in bacterial cell division. J Mol Recognit. 2004 Sep-Oct;17(5):481-7. doi: 10.1002\/jmr.718. PMID: 15362108.<\/p>\n

Tamames J, Gonz\u00e1lez-Moreno M, Mingorance J, Valencia A, Vicente M. Bringing gene order into bacterial shape. Trends Genet. 2001 Mar;17(3):124-6. doi: 10.1016\/s0168-9525(00)02212-5. PMID: 11226588.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

Autores: Miguel Vicente y Jes\u00fas Mingorance       Averiguar c\u00f3mo ha sido la evoluci\u00f3n de los seres vivos actuales, qu\u00e9 relaciones tienen entre ellos y de qu\u00e9 ancestros descienden no es tarea sencilla. Es preciso conocerlos al detalle y tambi\u00e9n disponer de los restos de sus antepasados, por ejemplo de toda una \u201cSima de Atapuerca\u201d de huesos f\u00f3siles para reconstruir la de los hom\u00ednidos m\u00e1s recientes.<\/p>\n","protected":false},"author":206,"featured_media":132881,"comment_status":"open","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"ngg_post_thumbnail":0},"categories":[4807,35309,35307],"tags":[853,854,451,796,46171],"blocksy_meta":{"styles_descriptor":{"styles":{"desktop":"","tablet":"","mobile":""},"google_fonts":[],"version":4}},"aioseo_notices":[],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/microbiologia\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/132880"}],"collection":[{"href":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/microbiologia\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/microbiologia\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/microbiologia\/wp-json\/wp\/v2\/users\/206"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/microbiologia\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=132880"}],"version-history":[{"count":13,"href":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/microbiologia\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/132880\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":132891,"href":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/microbiologia\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/132880\/revisions\/132891"}],"wp:featuredmedia":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/microbiologia\/wp-json\/wp\/v2\/media\/132881"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/microbiologia\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=132880"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/microbiologia\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=132880"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/microbiologia\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=132880"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}