Dos biofilms de Bacillus subtilis creciendo en la misma cámara de microfluídica. El color cian representa la fluorescencia emitida por el colorante de potencial de membrana Thioflavin T. (UPF-UCSD)

Las bacterias se alimentan por turnos cuando se encuentran en situaciones de escasez

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Las comunidades bacterianas adoptan una estrategia de tiempo compartido para mejorar la eficacia del consumo. El mecanismo, descubierto por investigadores de la UPF y de la Universidad de California a San Diego, es comparable al de la multipropiedad de los apartamentos de vacaciones.

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UPF / La idea de compartir apartamentos vacacionales entre varios propietarios ha resultado muy popular durante décadas: es la llamada multipropiedad. Ahora, científicos de la Universidad de California en San Diego y de la Universidad Pompeu Fabra en Barcelona han descubierto que las comunidades de bacterias han estado empleando una estrategia similar durante millones de años.

Los investigadores, entre los que se encuentra el profesor de la UPF Jordi García-Ojalvo, se preguntaron qué hacen comunidades bacterianas vecinas cuando los nutrientes escasean y encontraron que, en este escenario, las bacterias adoptan una elegante estrategia de tiempo compartido en la que alternan los períodos de alimentación para maximizar la eficacia del consumo. El estudio se publicará el 6 de abril en la revista Science.

Las bacterias adoptan una elegante estrategia de tiempo compartido en la que alternan los períodos de alimentación para maximizar la eficacia del consumo

“Lo que es interesante aquí es que estas bacterias simples y unicelulares parecen criaturas solitarias, pero cuando forman parte de una comunidad muestran comportamientos muy dinámicos y complejos normalmente atribuidos  a organismos más sofisticados o incluso a redes sociales”, comenta Gürol Süel, director asociado del Centro de Biología de Sistemas de San Diego. “Es el mismo concepto de tiempo compartido utilizado en apartamentos vacacionales, informática y otras aplicaciones sociales”.

En 2015, Süel, García-Ojalvo y sus colegas descubrieron que las comunidades estructuradas de bacterias, conocidas como biofilms, usan señales eléctricas para comunicarse de forma muy parecida a como lo hacen las neuronas. Ahora, este nuevo estudio investiga cómo interactúan dos comunidades de biofilms. Mediante modelos matemáticos y experimentos utilizando técnicas de microfluídica y microscopía time-lapse, los investigadores han descubierto que comunidades de biofilms vecinas participan en comportamientos sincronizados a través de estas señales eléctricas.

Los experimentos revelan que cuando los biofilms se encuentran en una situación de cantidad limitada de nutrientes, alternan sus períodos de alimentación para reducir la competencia y evitar colapsos en el consumo. “Es común que los sistemas vivos operen al unísono, pero aquí demostramos que funcionar por turnos también puede proporcionar un beneficio biológico”, comenta Jordi Garcia-Ojalvo, catedrático de Biología de Sistemas de la UPF.

“Estas bacterias están en casi todas partes: desde los dientes hasta los desagües. Es curioso cómo estos organismos simples desarrollaron hace dos mil millones de años la misma estrategia de tiempo compartido que nosotros, los seres humanos, estamos usando ahora en todo tipo de ámbitos”, concluye Süel.

Los coautores del artículo son Jintao Liu, Daisy Lee y Joseph Larkin, de la División de Ciencias Biológicas de la UC San Diego, y Rosa Martínez-Corral y Marçal Gabalda-Sagarra de la Universidad Pompeu Fabra.

El estudio ha recibido financiación del Centro de Biología de Sistemas de San Diego (Estados Unidos), la Fundación Nacional de Ciencias (Estados Unidos), el Instituto Nacional de Ciencias Médicas Generales (Estados Unidos), la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa (DARPA, Estados Unidos), el Instituto Médico Howard Hughes a través del programa Faculty Scholars de la Fundación Simons (Estados Unidos), una beca de la Fundación Simons de la Fundación Helen Hay Whitney (Estados Unidos), el Premio a la Trayectoria de la Interfaz Científica del Fondo Burroughs Wellcome (Estados Unidos), el Ministerio de Economía y Competitividad de España (MINECO) y FEDER, la Generalitat de Catalunya, el Programa ICREA, el Programa “María de Maeztu” a las Unidades de Excelencia en Investigación y Desarrollo (MINECO), la Fundación “la Caixa” y el Ministerio de Educación, Cultura y Deportes (España).

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Referencia bibliográfica: 
 Jintao Liu, Rosa Martinez-Corral, Arthur Prindle, Dong-yeon D. Lee, Joseph Larkin, Marçal, Gabalda-Sagarra, Jordi Garcia-Ojalvo and Gürol M. Süel. Coupling between distant biofilms and emergence of nutrient time-sharing. Science, Abril 2017.

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