Una pregunta fundamental en biología es cómo interactúan las células individuales dentro de un organismo multicelular para coordinar diversos procesos.
Un investigador de la Universidad de Wyoming y sus estudiantes de doctorado estudiaron mixobacterias, microbios comunes del suelo que se alimentan de otros microbios para alimentarse, y plantearon la pregunta: "¿Cómo las células de un entorno diverso reconocen otras células como relacionadas o clonales?para construir grupos sociales y un organismo multicelular? "
"Las mixobacterias ensamblan un organismo multicelular al juntar células de su entorno. Esto contrasta con las plantas y los animales, donde los gametos se fusionan para crear una célula única que, tras la expansión clonal, crea un organismo multicelular", dice Dan Wall,profesor del Departamento de Biología Molecular de la Universidad de Washington. "La capacidad de las mixobacterias para crear organismos multicelulares es notable, dado que el suelo se considera el ambiente más diverso del planeta, en el que una pequeña muestra puede consistir en decenas de miles de especies microbianasEn términos generales, nuestro trabajo ayuda a abordar esta cuestión ".
Wall es el autor correspondiente de un artículo titulado "Diversificación rápida de grupos sociales salvajes impulsados por loci de inmunidad a toxinas en elementos genéticos móviles", que se publicó en la edición del 22 de junio hoy del I Revista de la Sociedad Internacional de Ecología Microbiana ISME . Publicado por Springer Nature, la revista publica una investigación líder en ecología microbiana, que abarca la amplitud de la vida microbiana, incluyendo bacterias, arqueas, eucariotas microbianos y virus.
Christopher Vassallo y Vera Troselj, ambos candidatos a doctorado en el laboratorio de Wall en el momento de la investigación, son coautores del artículo. Vassallo y Troselj son ahora investigadores posdoctorales en el Instituto Tecnológico de Massachusetts y el Lawrence Berkeley NationalLaboratorio, respectivamente. Michael Weltzer, un estudiante graduado de la UW en el programa de Ciencias de la Vida Molecular y Celular de Idaho Springs, Colorado, es otro coautor.
Este trabajo es fundamentalmente fundamental y aborda cómo las células discriminan entre lo propio y lo no propio, dice Wall.
"La multicelularidad es una forma de vida difícil de evolucionar y mantener, porque las células son la unidad de vida más pequeña, y existe una presión selectiva para que exploten su entorno, incluidas otras células, para su propio beneficio", explica.Por ejemplo, las células cancerosas hacen esto y surgen constantemente en nuestro propio cuerpo. Afortunadamente, nuestro sistema inmunitario las reconoce como no propias y las elimina. Nuestro sistema funciona de manera análoga ".
Wall dice que el trabajo de su grupo se basa en investigaciones previas sobre el tema que mostraron que un pequeño parche de suelo tiene otra capa de diversidad notable a nivel de subespecie. Entre los aislamientos de Myxococcus xanthus, hay muchos grupos sociales diferentes que se discriminan entre sí.Sin embargo, Wall dice que la investigación previa no aclaró cómo funciona a nivel molecular.
"Nuestro artículo aborda el mecanismo de cómo discriminan mixobacterias y cómo las cepas altamente relacionadas recientemente divergieron o evolucionaron en distintos grupos sociales", dice Wall.
Este artículo de ISME también se basa en el artículo anterior de Vassallo y Wall, titulado "Códigos de barras de autoidentificación codificados en familias de toxinas polimórficas expansivas discriminan Kin en Myxobacteria", que se publicó en el Actas de la Academia Nacional de Ciencias PNAS 19 de noviembre de 2019
El trabajo en el PNAS el trabajo mostró que Myxococcus xanthus expresa un receptor de la superficie celular altamente variable llamado TraA. Las células usan estos receptores, que tienen muchas secuencias o alelos diferentes en las poblaciones, para reconocer otras células como posibles clonemates o como propias. Si las otras células tienen TraA idénticointeractúan con los receptores. Esto da como resultado la fusión transitoria de las células donde intercambian componentes celulares, como proteínas y lípidos, pero no ADN. Incluido en esta carga están las proteínas de toxinas altamente variables.
Por lo tanto, si las otras células son clonmate verdaderos, tienen inmunidad codificada genéticamente para esas toxinas. Pero si son células divergentes que tienen receptores TraA compatibles, pero no son clonemates, serán destruidas por la transferencia de toxinas. PNAS paper, Vassallo y Wall descubrieron seis familias distintas de toxinas entregadas por el reconocimiento e intercambio de TraA. Cada una de estas familias es diversa y abundante en genomas mixobacterianos.
desde el PNAS estudio, Wall dice que intentaron poner a prueba sus predicciones en el documento ISME.
"Analizamos los genomas disponibles públicamente de esas 22 cepas mixobacterias, identificamos sus genes de toxinas y predijimos cómo interactuarían socialmente", dice Wall. "Encontramos una correlación perfecta entre nuestras predicciones y los hallazgos empíricos de otros. Luego, luegoprobamos experimentalmente nuestras predicciones mediante la creación de mutantes y demostramos que podíamos diseñar la armonía social entre cepas antagónicas de otro modo al desactivar la transferencia de toxinas "
Junto con el sistema de entrega / discriminación TraA, Wall dice que también descubrieron otros dos sistemas: el sistema de secreción tipo VI T6SS y el punto de conexión de reordenamiento RHS, estuvieron involucrados en la discriminación de parentesco. T6SS es un aparato de inyección molecular que transfieretoxinas en las células adyacentes. Si las células son clonales, codificarán la inmunidad; de lo contrario, estarán intoxicadas. Los T6SS se distribuirán ampliamente en muchos tipos diferentes de bacterias. Aunque no se entiende bien, el sistema RHS también sirve como un arma nuclear.
Además, el grupo demostró que los genes de toxina discriminatorios clave residían en elementos genéticos móviles en el cromosoma. Es decir, estas cepas altamente relacionadas recientemente divergieron por la transferencia horizontal de genes en su entorno, mediada por partículas similares a virus.
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Materiales proporcionado por Universidad de Wyoming . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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