Descubrieron cómo una de las criaturas más antiguas de la Tierra usa su reloj biológico para colonizar su entorno

La bacteria del suelo Bacillus subtilis usa relojes circadianos para controlar la expansión de sus colonias y ordenar la actividad de sus genes a lo largo del día, un hallazgo que aporta pistas sobre la salud del suelo y el crecimiento de las plantas, y también puede ayudar a entender cómo algunas bacterias propagadas en hospitales logran establecerse, de acuerdo con un estudio difundido por el portal científico Phys.org.

El trabajo fue realizado por investigadores del John Innes Center, la Universidad de Múnich y la Universidad de Leiden. El equipo estudió cómo se expanden las colonias de B. subtilis sobre gel de agar, un medio de cultivo estándar en laboratorio, donde la bacteria forma anillos concéntricos al propagarse.

En los experimentos, publicados en Nature Communications, la colonia avanzó al ritmo de un anillo por cada ciclo de 24 horas en condiciones constantes. Ese patrón se mantuvo cuando los investigadores modificaron variables externas como la longitud de onda de la luz, con luz azul y roja, y la temperatura, una señal de que el mecanismo no dependía solo del entorno, sino de un sistema interno que mantiene el tiempo.

El reloj interno marcó el ritmo de la colonia

Los relojes circadianos sincronizan procesos biológicos con el ciclo solar de 24 horas. En humanos regulan buena parte de la fisiología y la conducta, incluido si una persona tiende a dormir más temprano o más tarde que otra.

El estudio determinó que los relojes circadianos existen en esta bacteria, uno de los primeros casos descritos en una no fotosintético. Laboratorios de Estados Unidos y de Argentina ya habían identificado relojes en bacterias asociadas con humanos, lo que apuntaba a que este tipo de mecanismo podía estar más extendido en organismos muy antiguos y diversos.

Hasta ahora se sabía poco sobre cómo ese mecanismo organizaba estas comunidades bacterianas. El estudio reunió experimentos que respaldan la idea de que actúa como regulador maestro de la expresión de genes diversos y de la velocidad con que se expanden las colonias.

Las observaciones también mostraron similitudes en la actividad génica de estas colonias y el control circadiano descrito en organismos multicelulares como plantas y animales. Esa conexión reforzó la idea de que el tiempo biológico no solo ordena células aisladas, sino también estructuras bacterianas colectivas.

Los investigadores concluyeron que el reloj interno de Bacillus subtilis organiza tanto la forma en que la colonia se desplaza sobre la placa como el momento del día en que se activan genes concretos. La expansión en anillos y la secuencia de actividad genética siguieron un compás cercano a 24 horas.

La bacteria encendió genes según la hora del día

En experimentos adicionales, el equipo usó una técnica de reporte con luciferasa, una enzima bioluminiscente que permite seguir la expresión de genes en el tiempo y en el espacio. Las imágenes de bioluminiscencia mostraron que los genes de biopelícula se expresaban en momentos muy concretos del día dentro del ciclo diario.

Las biopelículas son el material viscoso que mantiene unidas a las comunidades bacterianas. El mismo seguimiento mostró que también los genes vinculados con la esporulación, el proceso por el que las células entran en estado de latencia, se activaban en horarios definidos.

Jack Dorling, investigador posdoctoral del John Innes Center y primer autor del estudio, explicó que el reloj organiza las colonias, la velocidad a la que se extienden por las placas de Petri y los patrones de expresión genética según la hora del día. Añadió que, al tratarse de una bacteria del suelo asociada también con plantas, estos relojes podrían ordenar la ecología de los microorganismos del suelo y tener funciones de apoyo al crecimiento vegetal.

El consorcio MicroClock sigue con experimentos para identificar los mecanismos del reloj de la bacteria y cómo influye en su ecología y evolución. El proyecto reúne capacidades desarrolladas durante 10 años por laboratorios de varias disciplinas.

El profesor Antony Dodd, jefe de grupo en el John Innes Center y autor de correspondencia del artículo, señaló que el trabajo es resultado de una colaboración europea entre varios laboratorios, y sostuvo que el estudio ayudó a cambiar la percepción de cómo sobreviven y prosperan las bacterias en su entorno.

El fenómeno podría extenderse a miles de bacterias

La distancia evolutiva entre B. subtilis y las dos especies de bacterias asociadas con humanos en las que ya se habían descrito relojes, Klebsiella aerogenes y Acinetobacter baumannii, sugiere que los relojes circadianos podrían estar muy extendidos entre bacterias no fotosintéticas y, en general, en el dominio biológico de los procariotas, el grupo de organismos más antiguo que incluye a todas las bacterias.

Ese escenario abre un nuevo campo de investigación para la cronobiología, la disciplina que estudia los ritmos biológicos, con posibles aplicaciones en biotecnología y medicina humana. También da un marco para estudiar la propagación de bacterias capaces de causar infecciones adquiridas en hospitales.

La profesora Martha Merrow, de la Universidad de Múnich, afirmó que el objetivo es describir el cómo y el porqué del reloj circadiano en esta bacteria para que otros investigadores puedan encontrar con más facilidad relojes semejantes en miles de bacterias. Según su planteo, Bacillus no sería una excepción.

Dodd añadió que muchas personas imaginan a las bacterias como células individuales flotando de manera aislada, aunque la microbiología las entiende como parte de una matriz bacteriana colectiva. A partir de esa visión, sostuvo, Bacillus subtilis ofrece un modelo científico para estudiar relojes circadianos en formas de vida multicelulares.