La división celular bacteriana puede basarse en la transferencia de ADN o en el crecimiento desde el nacimiento (DAVID DORWARD/NIAID)
*Este contenido fue elaborado por expertos del Instituto Weizmann de Ciencias, uno de los centros de investigación interdisciplinaria en el campo de las ciencias naturales y aplicadas más importantes del mundo, ubicado en la ciudad de Rehovot, Israel.
Las células bacterianas No se despiertan una mañana y deciden estar maternidad. Pero hay un momento en su ciclo celular -después de que han crecido lo suficiente como para expresar sus genes- en el que dividido en dospara crear nuevas células y repetir este proceso. ¿Qué les dice a las bacterias? hora de separarse? Los científicos están divididos sobre este asunto.
En los últimos años, al intentar encontrar marcadores biológicos que determinan cuándo se dividirán las bacterias, los científicos han recurrido a una tecnología recientemente desarrollada que les permite ser consciente de los ciclos de vida de una sola célula bacteriana y todos sus descendientes durante cientos de generaciones. El problema es que los experimentos que utilizan este sistema han producido ejemplos contradictorioscada uno de los cuales estaba asociado con un período de división celular por una razón diferente.
En un estudio, publicado en Actas de la Academia Nacional de Ciencias (PNAS)grupo liderado por investigadores salientes Instituto Weizmann de Ciencias utilizó el razonamiento matemático para revelar lo que ejemplo de división celular es lo más lógico. Este enfoque tiene la ventaja de ir directamente al tema (identificación causa de la división) sin revelar los mecanismos biológicos exactos involucrados.
El experimento se realizó utilizando canales de microfluidos de 1 micrón de ancho en los que se cultivaron y siguieron durante varias generaciones bacterias E. coli marcadas con marcadores fluorescentes. El etiquetado ha hecho posible seguir eventos importantes en su ciclo celular a nivel de células individuales (Cortesía: Instituto Weizmann)
En un estudio anterior, los científicos que estudiaban la división de las células bacterianas notaron que las células Crecieron exactamente en el mismo tono. desde el momento de replicación del ADN hasta que uno de los división celular. Entonces llegaron a la conclusión de que los pasos que le dicen a una célula que se divida en dos comienzan cuando se copian los genes.
Sin embargo, los estudios también muestran que las células crecen al mismo ritmo a partir de su edad. nacimiento hasta el momento de separación. Esta evaluación condujo al desarrollo de mcontraejemplodonde la cuenta atrás para la división celular comienza con el nacimiento de una célula.
Según este método, un proteína reguladora comienza a acumularse en las células desde el principio, emitiendo una especie de zumbido. despertador cuando los niveles de esta proteína alcanzan un cierto punto. Para resolver esta contradicción, el tercer ejemplo se combinan doslo que sugiere la participación de una proteína reguladora y la replicación de genes.
En el crecimiento lento la división celular bacteriana depende de la replicación del ADN, en el crecimiento rápido se combinan muchos procesos (Imagen ilustrativa Infobae)
Todos estos ejemplos se basaron en relación: Los científicos han notado que límites de crecimiento ciertos aspectos del ciclo celular bacteriano parecían ser que se acompaña de división celular. Pero, como cualquier estudiante de primer año puede decirle, correlación no es causalidad. Es decir, la acumulación de proteínas o la replicación del ADN pueden ocurrir al mismo tiempo que la señal de división, sin tener una relación causal con esa señal.
Decidiendo entre dos tipos de división celular, el profesor Ariel Amirdel Departamento de Física de Sistemas Complejos de Weizmann, y un equipo internacional de científicos lo utilizó prueba de independencia condicionaluna herramienta estadística desarrollada por Perla de JudeaCientífico israelí-estadounidense que recibió el título de Premio Turing por su trabajo sobre los métodos involucrados en este proceso.
Los investigadores aplicaron este análisis a los datos recopilados, en colaboración con la Universidad de Tennessee, del crecimiento de centenares de bacterias Escherichia coli diferente en diferentes partes. Otras células se cultivaron en condiciones que les permitieron crack rápidamentemientras que otros habían crecido en condiciones que dictaban que un creciendo lentamente. Los datos incluyeron el momento de las diferentes etapas del ciclo de vida de la célula, así como el tamaño de las células en cada etapa.
Las generaciones van y vienen: siguiendo los cambios a lo largo del tiempo en tres marcadores fluorescentes en células de E. coli cultivadas en el laboratorio (Cortesía: Instituto Weizmann)
Las pruebas de independencia condicional formulan preguntas del tipo «si-entonces”que puede revelar cuál es la relación, un simplemente sucedió que no indica una causa. En el trabajo realizado por prathitha karestudiante de investigación en Harvard, el equipo comparó grupos de células bacterianas con el mismo tamaño durante su fase de replicación de ADN, pero tenían diferentes tamaños al nacer.
Si el modelo de que el tiempo de división celular depende sólo de la replicación del ADN es correcto, entonces las células de un del mismo tamaño que la transferencia se separarían al mismo tiempo, independientemente de su tamaño al nacer.
Sin embargo, si el modelo es incorrecto y es la acumulación de proteínas desde el nacimiento lo que determina cuándo se dividirán las células, entonces Las células de diferentes tamaños al nacer se dividirían en diferentes momentos.y habría una relación entre el tamaño al nacer y el tamaño al momento de la separación.
El profesor Ariel Amir del Instituto Weizmann utiliza modelos matemáticos para estudiar el ciclo de vida de bacterias y virus (Cortesía: Instituto Weizmann)
Los investigadores se sorprendieron al descubrir que ambos ejemplos son correctospero no en el sentido que presenta el tercer modelo «híbrido». Cuando las células bacterianas crecen despaciofue Métodos de replicación del ADN. que determinan cuándo se dividirá una célula.
Sin embargo, no índice de crecimiento de células era más rápidamentela situación se intensificó complicado y los investigadores descubrieron que los dos procesos comenzaron en el nacimiento y la replicación del ADN. juntos para determinar cuándo se dividirá la célula. Finalmente, los investigadores revelaron una pista visual de que la división celular ha llegado a un punto sin retorno: una célula está destinada a dividirse en dos células. cuando el anillo comienza a aparecer en su centro.
Los científicos también utilizaron autopruebas condicionales refutando la creencia popular de que el tiempo que lleva hacer copias de ADN en una generación determina el tiempo que lleva reproducirse en la siguiente. En cambio, demostraron que los procesos que ocurren en células madre Una vez que ha comenzado la replicación del ADN, puede afectar el momento en que las células hijas comienzan a reproducirse. repite tus genes.
Investigadores descubrieron que la formación de un anillo central en la célula marca el punto de no retorno a la división celular (Imagen ilustrativa Infobae)
«El uso de métodos matemáticos verificar la relación causal nos permite comprender mejor métodos de crecimiento y división de células bacterianas.Dijo Amir. enfermedad epidémicael la economiaetcétera. Creo que la capacidad de demostrar el crecimiento y el rendimiento reproductivo de muchos tipos de organismos allanará el camino para el desarrollo de. los antibióticos más eficaces en el futuro».
También participaron en el estudio el Dr. Sriram Tiruvadi-Krishnan, Prof. Jaana Mannik y el Prof. Jaan Männik de la Universidad de Tennessee.
El profesor Amir también estudia la microevolución utilizando modelos probabilísticos en su laboratorio del Instituto Weizmann (Cortesía: Instituto Weizmann)
El profesor Amir hace una sugerencia. desentrañar procesos importantes a través de modelos físicos y matemáticos. Desde que se incorporó al Departamento de Física de Sistemas Complejos del Instituto Weizmann en septiembre de 2022, su investigación se ha centrado en el ciclo de vida de las bacterias y entender diferente procesos biofísicos que ocurren dentro de las células, incluida la expresión de proteínas y las estrategias de reclutamiento intercelular.
Usar ejemplos de inferencia causal y física matemáticasobre el cual escribió un libro introductorio. Su equipo de investigación también está investigando evolución biológica usando ejemplos de la teoría de la probabilidad.
Amir comenzó su carrera científica en física teórica de la materia condensada, estudiando la dinámica del vidrio electrónico para su maestría y doctorado en el Instituto Weizmann bajo la dirección del profesor Yuval Oreg y el fallecido profesor Yoseph Imry. Luego, como investigador postdoctoral en la Universidad de Harvard, se sintió atraído por la investigación en biofísica, primero bajo la dirección del profesor David Nelson y luego en su propio laboratorio. Fuera del laboratorio, le gusta escalar rocas, correr y andar en bicicleta. Él y su esposa, Lindy, tienen tres hijas.
La investigación del profesor Amir cuenta con el apoyo del Instituto Clore de Física Biológica.