Margaret McFall-Ngai, profesora y directora del Centro de Investigación de Biociencias del Pacífico, Escuela de Ciencias y Tecnología del Océano y de la Tierra, de la Universidad de Hawai'i en M? Noa, es la única mujer en UH que es miembro delAcademia Nacional de Ciencias NAS. En su artículo inaugural publicado esta semana en el Actas de la Academia Nacional de Ciencias , en conmemoración de su inducción a uno de los grupos científicos más distinguidos del país, ella y un equipo de investigadores revelan un mecanismo recientemente descubierto por el cual los organismos seleccionan microbios beneficiosos y rechazan los dañinos.
Las comunidades microbianas internas o consorcios de mamíferos, como los humanos, son complejos porque requieren muchos tipos de bacterias para una función saludable. Los tejidos en el sistema respiratorio, las trompas de Falopio y las trompas de Eustaquio están revestidos de cilios.estructuras microscópicas similares a pelos que se extienden desde la superficie de muchas células animales. Un papel central atribuido a estos tejidos ciliados es eliminar de manera efectiva las moléculas tóxicas y los microbios indeseables; en el trabajo realizado en gran parte por la Dra. Janna Nawroth ahora en Emulate, Inc., Boston y codirigidos por McFall-Ngai y la Dra. Eva Kanso, modeladora matemática de la USC, se muestra que estos tejidos ciliados también reclutan selectivamente microbios beneficiosos, llamados simbiontes.
"Hace unos años, cuando la comunidad biomédica descubrió que todas estas superficies de mamíferos tienen un consorcio microbiano co-evolucionado rico, un microbioma, que promueve la salud de esos sistemas, la pregunta fue: ¿cómo lo hacen?- es decir, ¿por qué mecanismos seleccionan los microbios buenos y rechazan los dañinos? ", explicó McFall-Ngai.
Los tejidos ciliados de la mayoría de los animales son inaccesibles para la observación y el estudio. Usando el calamar hawaiano y su simbionte bacteriano único Vibrio fischeri , como sistema biológico modelo, el equipo de investigación colaborativo, compuesto por un biomecánico / bioingeniero, un físico aplicado, matemáticos, un generador de imágenes, un microbiólogo y McFall-Ngai, biólogo y bioquímico del desarrollo investigó el proceso mediante el cualse recluta una especie simbionte apropiada en el microbioma de un animal huésped con exclusión de todas las demás bacterias.
Este sistema modelo proporciona una ventana especial a problemas tan complejos porque el calamar se asocia con una sola especie simbionte, que selecciona utilizando la actividad de una superficie ciliada compleja. Además, el plan corporal de este animal es tal que los investigadores puedenuse la microscopía para ver el proceso a lo largo de esta superficie de tejido altamente accesible.
"Nos sorprendió encontrar dos comportamientos diferentes de cilios", dijo McFall-Ngai. "Un comportamiento es típico de los cilios largos, muy organizado, con oleadas de grupos de cilios latiendo juntos. Estos campos de cilios sirven para concentrar a la pareja bacterianaen las áreas donde ocurrirá la colonización. También encontramos campos de cilios cortos que estaban latiendo, pero cada uno de forma independiente. El modelado y la visualización matemáticos mostraron que estos cilios más cortos sirven para mezclar las señales químicas de la célula huésped para atraer a las bacterias asociadas"
Debido a que la estructura y la función de los cilios se conservan a lo largo de la evolución de los animales, este estudio proporciona información sobre la función muy básica de las superficies ciliadas.
"Con este punto de partida, podemos comenzar a determinar cómo todo el sistema, las células huésped, sus secreciones y sus compañeros bacterianos, trabajan para disuadir la colonización de estos tejidos por agentes patógenos mortales, como los que causan tos ferina, faringitis estreptocócica/ fiebre reumática y dos tipos diferentes de neumonía ", dijo McFall-Ngai." Esta información también puede ayudar al desarrollo de formas de fomentar la adquisición y el crecimiento de socios bacterianos beneficiosos a lo largo de las vías respiratorias, reproductivas y excretoras humanas ".
Durante casi tres décadas, McFall-Ngai y el investigador de PBRC Edward Ruby, han utilizado el sistema de simbiosis bacteriana de calamar para caracterizar los microbiomas animales. Descubrieron bacterias que afectan el desarrollo animal y compañeros bacterianos que conducen los ritmos circadianos diarios de su huésped.
Estas y otras ideas han contribuido a expandir la visión alguna vez limitada del mundo microbiano. Basado en sus logros distinguidos y continuos en la investigación original, McFall-Ngai, fue elegida para NAS en 2015. La elección para NAS es una de lasmáximos honores en el campo de la ciencia.
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Materiales proporcionados por Universidad de Hawaii en Manoa . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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