Por Comunicación CEAB-CSIC*
Muchas personas que se dedican a la salud insisten en que debemos comer de forma equilibrada. Uno de los motivos para hacerlo es que los seres humanos dependemos de la alimentación para obtener muchas de las sustancias imprescindibles para el buen funcionamiento de nuestro organismo. Es el caso de los nueve aminoácidos esenciales: aminoácidos que nuestro organismo no puede sintetizar por sí mismo. Estos componentes básicos de las proteínas, una especie de “ladrillos” que las construyen, son clave para, entre otros, el mantenimiento de los músculos, la función cognitiva o la regulación del estado de ánimo.
En el mundo microbiano esto es un poco distinto. Hay bacterias que, como en nuestro caso, dependen de lo que comen para obtener los aminoácidos esenciales, las llamadas ‘auxótrofas’. Y otras, en cambio, son autosuficientes, es decir, pueden producírselos todos por sí mismas. Son las denominadas ‘protótrofas’.
Modelo 3D de diversas bacterias rodeadas de aminoácidos. / CEAB-CSIC
¿Cuáles son la más comunes? ¿Qué microorganismos siguen la estrategia ‘protótrofa’ y cuáles optan por la ‘auxótrofa’? ¿Dónde viven unos y otros? ¿Influye el ambiente en el que viven la ‘elección’ de una u otra estrategia?
Estas son algunas de las preguntas que se formuló un equipo formado por personal investigador del Centro de Estudios Avanzados de Blanes (CEAB-CSIC) y de las universidades de Colorado, Aalborg y el Lawrence Berkeley Lab. Sus integrantes analizaron con supercomputación más de 26.000 genomas de bacterias y el ADN ambiental de entornos naturales tan diversos como lagos, océanos, plantas de tratamiento de agua, microbiota humana e incluso alimentos como la masa madre o el queso. Los resultados de su estudio se han publicado recientemente en la revista científica Nature Communications.
Representación 3D que muestra comunidades bacterianas en combinación con ADN. / CEAB-CSIC
Nuestro intestino: un “buffet libre”, ideal para las bacterias auxótrofas
La investigación desvela el gran peso del entorno en la evolución y la adaptación genética de las bacterias. En aquellos ambientes en los que siempre hay nutrientes disponibles, en estos ‘buffets libres’ abiertos las 24 horas, triunfan las auxótrofas.
Josep Ramoneda y Emilio O. Casamayor, investigadores del CEAB-CSIC, lo explican así: “¿Por qué tendrían que esforzarse para fabricar los aminoácidos si siempre los tienen disponibles en su entorno? En estos ambientes la estrategia de autoproducírselos deja de ser una ventaja. Renunciar a ella, en cambio, sale muy a cuenta: significa gastar mucha menos energía y eso ayuda a prosperar, a proliferar en estos ambientes”.
Alimentos como los productos lácteos o nuestro intestino son ejemplos claros de estos ambientes, ricos en aminoácidos, en los que triunfan los microbios auxótrofos, los que han aligerado su carga genética perdiendo, entre otros, los genes implicados en la autoproducción de aminoácidos. Su estrategia evolutiva de racionalización del genoma les da una clara ventaja en estos entornos.
En el lado opuesto están los ambientes con pocos nutrientes disponibles. Aquí, por la dificultad y/o temporalidad de acceso a los aminoácidos esenciales, ganan las bacterias protótrofas, las que tienen genes que les permiten fabricarse por sí mismas lo que necesitan para funcionar. Es el caso del 80% de los microorganismos, que encuentran en la autosuficiencia una ventaja para poder sobrevivir en ambientes donde la disponibilidad de alimento es muy baja.
La investigación se ha realizado con herramientas de supercomputación. Biology Computational Lab CEAB-CSIC
El trabajo apunta además un ejemplo radical: un género de bacterias que tienen genomas muy, muy pequeños y que nos parasitan. Se trata de los micoplasmas, que obtienen los aminoácidos de nuestras células y que están implicados en numerosas enfermedades como, por ejemplo, la neumonía.
La mejor comprensión de las condiciones idóneas de vida para los microbios que aporta esta investigación es de gran interés para diferentes campos, como el de la salud. Un conocimiento profundo de las bacterias y de las conexiones con el ambiente en el que viven puede ayudar a desarrollar nuevos fármacos para combatir aquellas que son patógenas.
* Equipo de comunicación del Centro de Estudios Avanzados de Blanes (CEAB-CSIC). Este post está basado en el artículo: Ramoneda, J., Jensen, T.B.N., Price, M.N. et al. Taxonomic and environmental distribution of bacterial amino acid auxotrophies. Nat Commun 14, 7608 (2023).