Las bacterias pueden prever un acontecimiento futuro y prepararse para ello, de acuerdo a nuevas investigaciones del Instituto Weizmann de Ciencias. En un documento que apareció el 17 de junio en la revista Nature, el profesor Yitzhak Pilpel y sus colegas examinaron los microorganismos que viven en entornos en los que cambió de forma previsible.

Los resultados muestran que estos microorganismos son capaces de “prever” lo que viene en la secuencia de los acontecimientos y empezar a responder a la nueva situación antes de su inicio.

Bacterias como Escherichia coli, por ejemplo, que normalmente estan presentes sin causar daño en el tracto digestivo, encuentra una serie de diferentes ambientes en su camino. En particular, consideran que un tipo de azúcar – la Lactosa – es invariablemente seguido por un segundo  azúcar – la Maltosa – poco después. Pilpel y su equipo del Departamento de Genética Molecular, verificó que la bacteria responde genéticamente a la lactosa, y encontró que, además de los genes que le permiten digerir la lactosa, los genes para la utilización de la maltosa fueron parcialmente activado. Cuando se altera el orden de los azúcares, es decir que las bacterias ven maltosa en primer lugar, no se activan los genes de degradación de la lactosa, lo que implica que las bacterias han naturalmente “aprendido” a prepararse para una porción de maltosa después de un aperitivo de lactosa.

Otro microorganismo que experimenta cambios coherentes es la levadura del vino Saccharomyces cerevisiae. Como consecuencia de la fermentación, el azúcar y los niveles de acidez cambian, aumentan los niveles de alcohol y la levadura y el medio ambiente se calientan. Aunque el sistema es algo más complicada que el de E. coli, los científicos encontraron que cuando la levadura del vino siente el calor, comienzan la activación de los genes para hacer frente a las tensiones de la siguiente fase. Un análisis más detallado reveló que esta previsión y respuesta temprana es una adaptación evolutiva que le permiten al organismo aumentar las posibilidades de supervivencia.

Ivan Pavlov demostrada por primera vez este tipo de previsión de adaptación, conocida como una respuesta condicionada, en perros en la década de 1890. Los perros pudieron ser entrenados para salivar en respuesta a un estímulo en repetidas ocasiones por una señal de campana antes de darles alimentos. En los microorganismos, dice Pilpel, ” la evolución a lo largo de muchas generaciones sustituye al aprendizaje condicionado, pero el resultado final es similar. ” «En tanto la evolución y el aprendizaje”, dice Mitchell, “el organismo adapta su respuesta a  las señales ambientales, lo que mejora  su capacidad para sobrevivir.” Romano: «Esto no son respuestas de estrés generalizado, sino precisamente, orientadas a un caso previsto.”

Para ver si eran realmente los microorganismos los que muestran una respuesta condicionada, Mitchell Pilpel idearon una nueva prueba para la E. coli basada en otro de los experimentos de Pavlov. Cuando Pavlov dejó de darle comida a los perros después de la señal de campana, la respuesta condicionada (salivar) se perdió finalmente dejando los animales de salivar despues del sonido. Los científicos hicieron algo similar, usando bacterias cultivadas por el Dr. Dekel de Erez, en el laboratorio del Prof. Uri Alon del Departamento de Biología molecular y celular, en un entorno que contiene el primer azúcar (la lactosa) pero no después con la maltosa. Después de varios meses, la bacteria evolucionó para detener la activación de los genes que degradan la maltosa, sólo convirtiéndolos en maltosa cuando estaba disponible.

“Esto nos demostró que hay un costo para la preparación avanzada, pero que los beneficios para el organismo son superiores a los costos en las circunstancias adecuadas”, dice Pilpel. ¿Cuáles son esas circunstancias? Sobre la base de la evidencia experimental, el equipo de investigación creó una especie de modelo costo/beneficio para predecir los tipos de situaciones en las que un organismo podría aumentar sus posibilidades de supervivencia por la evolución de anticipar acontecimientos futuros. Ellos ya están planeando una serie de nuevas pruebas de su modelo, así como las diferentes vías de experimentación sobre la base de los conocimientos que han adquirido.

Pilpel y su equipo creen que la respuesta genética condicionada puede ser un medio de amplia adaptación evolutiva que aumenta la supervivencia en muchos organismos – que puede también tener lugar en las células de organismos superiores, incluidos los seres humanos. Estos resultados podrían tener implicaciones prácticas, también. Microorganismos genéticamente modificados para la fermentación de materias vegetales para producir biocombustibles, por ejemplo, podría trabajar de manera más eficiente si lograran la capacidad genética para prepararse para el siguiente paso en el proceso.

Referencia

Amir Mitchell, Gal H. Romano, Bella Groisman, Avihu Yona, Erez Dekel, Martin Kupiec, Orna Dahan & Yitzhak Pilpel. Adaptive prediction of environmental changes by microorganisms. Nature. Publicado Online 17 Junio.