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The generality, mechanism, and function of bet-hedging in bacteria

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Estudio de los mecanismos de adaptación y evolución bacteriana

La diversificación de apuestas es un modo de respuesta a cambios ambientales que permite a los organismos sobrevivir en condiciones ambientales fluctuantes. El estudio de la diversificación de apuestas es fundamental para comprender la evolución de las bacterias en un entorno en constante cambio.

Investigación fundamental
Salud

Los circuitos genéticos bacterianos exhiben fluctuaciones en los niveles de expresión de proteínas reguladoras. Esto permite a una subpoblación de células entrar en un estado transitorio de resistencia a antibióticos, mejorando así su supervivencia. Este mecanismo, denominado diversificación de apuestas, garantiza que no todas las células estén en el mismo estado transcripcional. Dicha circunstancia permitiría la supervivencia de la colonia bacteriana ante hipotéticos cambios ambientales en el futuro. El estudio del mecanismo de la diversificación de apuestas tiene una gran importancia para la salud pública. La propagación de enfermedades infecciosas puede depender de la activación de programas genéticos alternativos como la competencia, la respuesta general al estrés y la resistencia a antibióticos en bacterias. EL proyecto financiado por la Unión Europea BET-HEDGING BACTERIA estudió los mecanismos mediante los que las células bacterianas pueden generar estados transcripcionales alternativos. Los investigadores descubrieron que el patrón de activación de la expresión de siete factores bacterianos alternativos de iniciación de la transcripción (factores sigma) exhibía un comportamiento pulsátil estocástico en condiciones de estrés energético. Los resultados preliminares del análisis individual de cada uno de estos factores indicaron la existencia de una amplia gama de dinámicas pulsátiles en el patrón de activación de la expresión de factores sigma bajo estrés. En concreto, sigV presentaba una activación biomodal en condiciones de estrés inducido por lisozima. El desarrollo de un modelo matemático sencillo para la activación de sigV reveló que su actividad bimodal bajo estrés inducido por lisozima puede explicarse por una diferencia en su regulación en comparación con sigB, que exhibe un pulso con frecuencia modulada. En condiciones de estrés, el factor antisigma V era degradado, mientras que el factor antisigma de sigB era secuestrado. Los modelos matemáticos demostraron que esta diferencia en la regulación puede conducir a la actividad bimodal observada en sigV. Además de los objetivos originales de proyecto, los investigadores evaluaron la existencia de activación heterogénea de factores sigma en biopelículas de bacilos. Bacillus subtilis crece formando biopelículas en la naturaleza. Los investigadores estudiaron si los patrones heterogéneos de expresión también tienen lugar en biopelículas. En este contexto, descubrieron que sigB se expresaba de manera heterogénea en biopelículas y que la distribución de la actividad de sigB en células individuales era parecida a la observada en cultivos líquidos y en agarosa. Curiosamente, también detectaron que la mayor expresión de sigB se producía en la superficie de la biopelícula. Los logros del proyecto BET-HEDGING BACTERIA proporcionaron una mejor comprensión sobre cómo la existencia de diferentes estados transcripcionales ayuda a las bacterias a sobrevivir en entornos hostiles. Además, se espera que sus resultados puedan tener repercusiones a largo plazo para la salud pública.

Palabras clave

Diversificación de apuestas, circuitos genéticos bacterianos, resistencia a antibióticos, BET-HEDGING BACTERIA, factores sigma

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