Los humanos los tienen, como otros animales y plantas, pero ahora, una nueva investigación acaba de revelar que las bacterias también tienen relojes internos que se alinean con el ciclo de vida de 24 horas en la Tierra.
La investigación, que publican en la revista ‘Science Advances’, responde a una pregunta biológica de larga data y podría tener implicaciones para el momento de la administración de medicamentos, la biotecnología y cómo desarrollamos soluciones oportunas para la protección de cultivos.
Los relojes biológicos o ritmos circadianos son precisos mecanismos de temporización internos que están muy extendidos en la naturaleza y permiten a los organismos vivos hacer frente a los principales cambios que ocurren del día a la noche, incluso entre estaciones.
Al existir dentro de las células, estos ritmos moleculares utilizan señales externas como la luz del día y la temperatura para sincronizar los relojes biológicos con su entorno. Es por eso que experimentamos los efectos discordantes del desfase horario, ya que nuestros relojes internos no coinciden temporalmente antes de alinearse con el nuevo ciclo de luz y oscuridad en nuestro destino de viaje.
Un creciente cuerpo de investigación en las últimas dos décadas ha demostrado la importancia de estos metrónomos moleculares para procesos esenciales, por ejemplo, el sueño y el funcionamiento cognitivo en humanos, y la regulación del agua y la fotosíntesis en plantas.
Aunque las bacterias representan el 12 por ciento de la biomasa del planeta y son importantes para la salud, la ecología y la biotecnología industrial, se sabe poco sobre sus relojes biológicos de 24 horas.
Estudios anteriores han demostrado que las bacterias fotosintéticas que requieren luz para producir energía tienen relojes biológicos. Pero las bacterias no fotosintéticas de vida libre siguen siendo un misterio a este respecto.
En este estudio internacional, los investigadores detectaron ritmos circadianos de funcionamiento libre en la bacteria del suelo no fotosintética ‘Bacillus subtilis’.
El equipo aplicó una técnica llamada informe de luciferasa, que implica agregar una enzima que produce bioluminiscencia que permite a los investigadores visualizar qué tan activo está un gen dentro de un organismo.
Se centraron en dos genes: en primer lugar, un gen llamado ytvA que codifica un fotorreceptor de luz azul y, en segundo lugar, una enzima llamada KinC que participa en la inducción de la formación de biopelículas y esporas en la bacteria.
Observaron los niveles de los genes en oscuridad constante en comparación con ciclos de 12 horas de luz y 12 horas de oscuridad. Descubrieron que el patrón de niveles de ytvA se ajustaba al ciclo de luz y oscuridad, con niveles que aumentaban durante la oscuridad y disminuían en la luz. Todavía se observaba un ciclo en constante oscuridad.
Los investigadores observaron cómo tardaron varios días en aparecer un patrón estable y que el patrón podría revertirse si se invirtieran las condiciones. Estas dos observaciones son características comunes de los ritmos circadianos y su capacidad para “adaptarse” a las señales ambientales.
Llevaron a cabo experimentos similares utilizando cambios de temperatura diarios; por ejemplo, aumentando la duración o la fuerza del ciclo diario, y descubrió que los ritmos de ytvA y kinC se ajustaban de manera consistente con los ritmos circadianos, y no simplemente encendiéndose y apagándose en respuesta a la temperatura.
“Hemos descubierto por primera vez que las bacterias no fotosintéticas pueden decir la hora –comenta la autora principal, la profesora Martha Merrow, de la Universidad Ludwig Maximilians (LMU) de Múnich (Alemania)–. Adaptan su funcionamiento molecular a la hora del día leyendo los ciclos en la luz o en el ambiente de temperatura”.
“Además de las cuestiones médicas y ecológicas, deseamos utilizar las bacterias como un sistema modelo para comprender los mecanismos del reloj circadiano –añade–. Las herramientas de laboratorio para esta bacteria son excepcionales y deberían permitirnos avanzar rápidamente”.
Esta investigación podría usarse para ayudar a abordar preguntas tales como: ¿es la hora del día en que la exposición a las bacterias es importante para la infección? ¿Se pueden optimizar los procesos biotecnológicos industriales teniendo en cuenta la hora del día? ¿Y es importante la hora del día del tratamiento antibacteriano?
“Nuestro estudio abre las puertas para investigar los ritmos circadianos en las bacterias. Ahora que hemos establecido que las bacterias pueden decir el tiempo que necesitamos para descubrir los procesos que causan estos ritmos y comprender por qué tener un ritmo proporciona una ventaja a las bacterias”, señala el autor doctor Antony Dodd, del Centro John Innes.
El profesor Ákos Kovács, coautor de la Universidad Técnica de Dinamarca añade que “el ‘Bacillus subtilis’ se utiliza en diversas aplicaciones desde la producción de detergentes para ropa hasta la protección de cultivos, además de explotar recientemente como probióticos humanos y animales, por lo que culminará la ingeniería de un reloj biológico en esta bacteria en diversas áreas biotecnológicas”.
