Descubren una sorprendente estrategia de adaptación en las bacterias marinas

Las bacterias del plancton marino reconstruyen sus membranas con lípidos sin fósforo cuando hay escasez de éste, y así pueden dedicar el fósforo ahorrado a funciones esenciales. Hasta hace poco se creía que casi todos los organismos sintetizaban sus lípidos con fósforo como componente insustituible.

  • Dirigida por el Institut de Ciències del Mar del CSIC, esta investigación se publica en la  revista de la International Society for Microbial Ecology, del grupo Nature
  • Entre el 60 y el 100% de las bacterias que habitan zonas del océano pobres en fósforo poseen el gen plcP que permite esta adaptación

Experimento desarrollado en aguas de Creta para comprobar la sustitución de los fosfolípidos de membrana por lípidos sin fósforo en comunidades naturales de bacterias. Un principio general de la biología es que todas las membranas de las células están formadas por fosfolípidos, es decir, lípidos que contienen fósforo. Hasta hace muy poco se pensaba que estas moléculas eran imprescindibles para el funcionamiento de la célula. Sin embargo, en los últimos años se han descubierto unas pocas excepciones: algunas plantas superiores y microalgas marinas, pueden sustituir sus fosfolípidos por lípidos sin fósforo cuando la disponibilidad de éste nutriente esencial es baja.

Ahora, una investigación dirigida por el Instituto de Ciencias del Mar del CSIC revela que, en ausencia de fósforo, las bacterias marinas también son  capaces de reconstruir sus membranas con lípidos sin fósforo. No sólo eso. El estudio revela que, como respuesta a la escasez de fósforo, las comunidades bacterianas marinas del Mar Mediterráneo, uno de los sistemas más pobres en fósforo del planeta,  remodelan sus membranas y sustituyen hasta el 80% de los lípidos. Eso les permite reaprovechar el fósforo que está contenido en sus membranas -formadas antes de que se diera la escasez de fósforo- y destinarlo a la síntesis de otras moléculas esenciales para la vida, como el ADN, que no puede prescindir de fósforo.

El trabajo, liderado por Marta Sebastián, científica del Instituto de Ciencias del Mar, se publica esta semana en la revista de la International Society for Microbial Ecology. En el trabajo han participado investigadores de centros del Reino Unido, EEUU, Francia, República Checa, Grecia y España.

Los científicos han realizado experimentos con bacterias evolutivamente muy distintas, aunque morfológicamente casi iguales al microscopio, y han podido ver que, en ausencia de fósforo, las bacterias sintetizan diferentes lípidos sin fósforo para reconstruir sus membranas celulares. El proceso, explican en la publicación, es reversible: cuando se añade fósforo a su medio de crecimiento las bacterias sintetizan fosfolípidos de nuevo.

El gen plcP es la clave

Los fosfolípidos están formados por dos ácidos grasos unidos a una molécula de glicerol que a su vez está unida a la molécula de fósforo. Mediante manipulación genética, los autores han podido confirmar que el gen plcP es el encargado de romper los fósfolipidos para que el fósforo pueda ser reutilizado por la célula. Además, demuestran que otro gen, llamado agt, se encarga de añadir un azúcar al glicerol, formando así unos lípidos que tienen azúcar en lugar de fósforo (glucolípidos).

También han observado que en las épocas del año en que hay escasez de fósforo, las bacterias construyen sus membranas con estos últimos lípidos y otros que contienen azufre y nitrógeno en lugar de fósforo, y concluyen que el remodelado de los lípidos es un proceso dinámico que responde a la variación en la disponibilidad de fósforo en el ambiente.

Además, han analizado las bases de datos metagenómicas marinas globales derivadas de las campañas oceanográficas Tara Oceans y Global Ocean Survey, y han constatado que entre el 60 y el 100% de las bacterias que habitan zonas del océano pobres en fósforo poseen el gen  plcP que permite esta adaptación.

“Esto significa que la mayor parte de las bacterias de estas zonas son capaces de sustituir sus fosfolípidos de membrana, y da idea de la relevancia ecológica de este proceso”, dice Marta Sebastián. “Nuestro trabajo es un ejemplo de lo mucho que nos queda por descubrir sobre cómo los microorganismos se adaptan a variaciones en las condiciones ambientales. Dado que los microorganismos marinos son esenciales para el planeta, puesto que son la base de la cadena trófica marina de la que se alimentan peces y mamíferos marinos, y los motores de los ciclos biogeoquímicos, conocer cómo se adaptan al medio es crucial para predecir como variarán los ecosistemas en el futuro”.

Articulo de referencia:

Marta Sebastián, Alastair F. Smith, José M. González, Helen F. Fredricks, Benjamin Van Mooy, Michal Koblížek, Joost Brandsma, Grielof Koster, Mireia Mestre, Mostajir Behzad, Paraskevi Pitta, Anthony D. Postle, Pablo Sánchez,  Josep M. Gasol, David J. Scanlan, and Yin Chen. (2015) Lipid remodelling is a widespread strategy in marine heterotrophic bacteria upon phosphorus deficiency. The ISME Journal. doi: 10.1038/ismej.2015.172.

http://www.nature.com/ismej/journal/vaop/ncurrent/full/ismej2015172a.html

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