Cómo las vesículas ayudan a las cianobacterias marinas a adaptarse a los factores de estrés ambiental
Algunas bacterias, como los «Prochlorococcus»(se abrirá en una nueva ventana) y los «Synechococcus»(se abrirá en una nueva ventana) —más conocidos como algas verdeazuladas—, pueden producir y liberar unas bolsas de membrana fina llamadas vesículas. Al ser dos de los mayores contribuidores a la fijación del dióxido de carbono en la Tierra, la liberación de vesículas podría tener un papel importante en los ciclos del carbono. Sin embargo, casi todos los estudios se han limitado a observaciones de los cultivos. El proyecto VESYNECH(se abrirá en una nueva ventana), respaldado por las Acciones Marie Skłodowska-Curie(se abrirá en una nueva ventana), ha obtenido información sobre la ecología y la función de las vesículas de los «Synechococcus», uno de los tipos de cianobacteria(se abrirá en una nueva ventana) más comunes en los océanos. «Conseguimos unos resultados increíbles, en especial respecto a los efectos de la luz y la limitación del nitrógeno y el fósforo, tanto sobre la liberación como sobre el contenido de las vesículas», afirma José Manuel García Fernández, investigador de la Universidad de Córdoba(se abrirá en una nueva ventana), entidad anfitriona del proyecto.
Caracterización de las vesículas
Se cree que, en otras bacterias, las vesículas realizan diversas funciones, como promover el crecimiento de bacterias «auxiliares», lo que reduce los ataques víricos a las células, o incluso como vehículos para transferir genes. Para comprender por qué y cómo se generan estas vesículas, el primer objetivo era caracterizarlas en cultivos de «Synechococcus» después de exponerlos a distintos factores de estrés. Se cultivaron «Synechococcus» durante varios días en condiciones de estrés por «shock» lumínico y falta de nitrógeno y fósforo. Se recogieron muestras para medir la abundancia celular a través de citometrías de flujo(se abrirá en una nueva ventana), la concentración de vesículas mediante análisis de seguimiento de nanopartículas, y la curva de crecimiento a partir de la absorbancia. Además, las vesículas fueron aisladas, concentradas y estudiadas con microscopia electrónica de transmisión antes de la muerte de los cultivos, a fin de comprobar que lo que se medía eran efectivamente vesículas y no otras nanopartículas, como virus. También se estudió la concentración y la composición de las proteínas. El equipo demostró que el «shock» lumínico estimula sobremanera la vesiculación. Asimismo, aumenta en más del doble la concentración de proteínas dentro de las vesículas, y algunas de ellas participan en la fotosíntesis y la respuesta al estrés. «Estos resultados ofrecen pruebas de que las vesículas membranosas podrían ayudar a las bacterias a sobrevivir a condiciones de estrés», explica García Fernández. El equipo también demostró que la vesiculación aumenta durante la falta de fósforo. Sin embargo, la falta de nitrógeno limita las vesículas y disminuye su concentración de proteínas. «Esto tiene sentido, pues se considera que el nitrógeno es el principal nutriente fundamental para el crecimiento de las cianobacterias y, como los “Synechococcus” son abundantes en océanos abiertos pobres en nutrientes, la eliminación de vesículas ricas en nitrógeno sería un desperdicio», añade María del Carmen Muñoz Marín, beneficiaria de una beca de investigación.
Una comunidad vital de fitoplancton
VESYNECH permite conocer mejor el metabolismo de la comunidad de fitoplancton y cómo se verá afectado el fitoplancton marino por distintos factores de estrés lumínico y nutricional causados por el cambio climático. Los resultados de VESYNECH también podrían respaldar el cambio de los patrones actuales de producción, consumo, reciclaje y eliminación de residuos. «Las cianobacterias podrían ser una fuente alternativa de alimento e incluso de energía, pues los “Synechococcus” son uno de los organismos mejor caracterizados para la producción de biocarburante. Los “Synechococcus” también pueden biosintetizar polímeros de polihidroxialcanoato, por lo que ofrecen una fuente alternativa al plástico, uno de los problemas principales en nuestros océanos», señala García Fernández. El nuevo proyecto de Muñoz Marín, quien ahora trabaja como investigadora principal en la Universidad de Córdoba, se centra en el posible movimiento de material genético entre organismos. Para comprobarlo, está trabajando, en colaboración con los investigadores Ignacio Luque y Rocío López Igual, del Instituto de Bioquímica Vegetal y Fotosíntesis(se abrirá en una nueva ventana) de Sevilla, en tres construcciones en las que se combina la proteína verde fluorescente con un péptido señal para enviar la proteína al periplasma, un espacio en la membrana de la cianobacteria. «Veremos si las vesículas participan en la transferencia horizontal de genes, moviendo genes entre organismos, y, lo que es más importante, cómo funciona la vesiculación a nivel genético», concluye Muñoz Marín.
