Un requisito previo fundamental para la vida en la tierra es la capacidad de los organismos vivos para adaptarse a las condiciones ambientales cambiantes. Los físicos de la Universidad Técnica de Munich TUM y la Universidad de California en San Diego UCSD han determinado que los mecanismos de regulación utilizadospor bacterias para adaptarse a diferentes entornos se basan en un proceso de control global que se puede describir en una sola ecuación.
Las condiciones ambientales como la temperatura, la luz, la disponibilidad de nutrientes y muchos otros parámetros cambian constantemente en la tierra. Por lo tanto, cada organismo e incluso cada célula tiene innumerables mecanismos para adaptarse a estos cambios.
Uno de los mejores ejemplos investigados es Escherichia coli , una bacteria que también vive en los intestinos de los humanos. El suministro de nutrientes varía de una hora a otra. Para sobrevivir, la bacteria debe tener la capacidad de adaptarse a las condiciones cambiantes.
En 1965, Jacques Monod recibió el Premio Nobel por su prueba de que las bacterias se adaptan al producir diferentes proteínas. Por ejemplo, sintetizan una enzima para descomponer la lactosa cuando los nutrientes disponibles contienen este azúcar de la leche.
Sin embargo, a pesar del gran interés y los esfuerzos de investigación masivos durante más de medio siglo, los detalles bioquímicos de este complicado mecanismo regulador aún no se explican y entienden completamente.
Cinética de adaptación
Los equipos de Ulrich Gerland, profesor en el Departamento de Física de TU Munich y profesor Terence Hwa en UCSD concentraron así su trabajo en mecanismos reguladores básicos en lugar de los detalles moleculares de las cadenas de reacción. Consideraron la pregunta: ¿Qué tan rápido pueden adaptarse las bacterias?a los cambios en su entorno?
En el laboratorio, estudiaron el crecimiento de bacterias dándoles primero solo un suministro limitado de nutrientes y luego proporcionándoles cantidades amplias, y viceversa. Debido al proceso de adaptación, hubo un retraso en la tasa de bacteriascrecimiento después de los cambios.
Cuando le dieron a sus bacterias un tipo de nutriente primero y otros más tarde, el crecimiento se desaceleró temporalmente, a pesar de que siempre había un amplio suministro disponible. La explicación: las bacterias primero tuvieron que adaptar sus sistemas digestivos. Para este fin, las bacterias retocanla concentración de ciertas enzimas en consecuencia, y la síntesis de estas enzimas lleva tiempo.
El modelo de estado estacionario
Los físicos desarrollaron un modelo para comprender mejor los mecanismos de adaptación. El modelo utiliza solo información cualitativa sobre los detalles bioquímicos del mecanismo de regulación en un enfoque de arriba hacia abajo. Hace un inventario de los flujos de material en la celda y permite ecuaciones que representan el materialtransporte a establecerse. Observando el balance de materiales, los científicos lograron compilar los diversos mecanismos de regulación en una ecuación diferencial global.
"Nuestro modelo de estado estacionario del mecanismo de regulación describe correctamente el desarrollo temporal de la adaptación a los nutrientes cambiantes, así como los aumentos, reducciones y cambios en los nutrientes disponibles, cuantitativamente y sin parámetros ajustables", dice Ulrich Gerland, resumiendo los resultadosde El estudio.
"Aparentemente, la cinética de la adaptación al crecimiento no depende de los detalles microscópicos de las reacciones bioquímicas individuales, sino que se adhiere a una estrategia global para la redistribución de recursos para la síntesis de proteínas", dice Ulrich Gerland. Por lo tanto, es concebible que nuestra teoríaEl modelo podría ser aplicable a una variedad de procesos cinéticos similares.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad Técnica de Munich TUM . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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