La E. coli radiorresistente inducida desarrolla perfiles de mutación complejos a medida que continúa la evolución experimental y aumenta el nivel de radiorresistencia. Crédito: Michael M. Cox y coautores
La radiorresistencia de las bacterias se puede inducir de forma independiente, al nivel de Deinococcus radiodurans (una de las bacterias más resistentes).
Los organismos más duros de la Tierra, llamados extremófilos, pueden sobrevivir a condiciones extremas como sequedad extrema (desecación), frío extremo, vacío espacial, ácido, o incluso radiación de alto nivel. Hasta ahora, la más dura de todas parece ser la bacteria Deinococcus radiodurans, capaz de sobrevivir a dosis de radiación mil veces mayores que las fatales para los humanos. Pero hasta la fecha, los científicos seguían desconcertados por cómo podría haber evolucionado la resistencia a la radio en varios organismos de nuestro planeta, naturalmente protegidos de la radiación solar por su campo magnético. Si bien algunos científicos sugieren que la resistencia a la radio en organismos extremófilos podría haber evolucionado junto con otros tipos de resistencia, como la resistencia a la desecación, quedaba una pregunta: ¿qué genes están específicamente involucrados en la resistencia a la radio?
Para abordar esta pregunta, el equipo del Dr. Cox, de la Universidad de Wisconsin-Madison, decidió “dejar que las células se lo digan”. Los investigadores comenzaron con la bacteria naturalmente no resistente, E. coli, y la expusieron a ciclos iterativos de irradiación de alto nivel. Después de muchas rondas de exposición y excrecencia a la radiación, surgieron algunas poblaciones resistentes a la radiación. Usando la secuenciación del genoma completo, los investigadores estudiaron las alteraciones genéticas presentes en cada población radio-resistente y determinaron qué mutación proporcionaba radio-resistencia a la bacteria.
En su primer estudio, el equipo del Dr. Cox comenzó exponiendo E. coli a 50 rondas de ionización (Bruckbauer et al 2019b). Después de aproximadamente 10 rondas, surgieron algunas poblaciones radio-resistentes, y después de 50, el estudio de su perfil genético destacó tres mutaciones responsables de la radio-resistencia, todas en genes relacionados ADN mecanismos de reparación. Aquí, en su nuevo estudio, el equipo expuso las bacterias a 50 rondas más de exposición y selección a la radiación.
Los resultados publicados en Fronteras en microbiología muestran que las poblaciones de E. coli radiorresistente continuaron evolucionando y surgieron subpoblaciones. Sorprendentemente, mientras que la resistencia a la radio inducida por la primera serie de ionización podría asociarse principalmente con tres mutaciones, la segunda indujo cientos de mutaciones, incluidas grandes deleciones y duplicaciones de varios genes. “Las cuatro poblaciones que estamos desarrollando en este nuevo ensayo han alcanzado niveles de resistencia a la radio que se acercan a los niveles observados con Deinococcus radiodurans. A medida que avanzó el ensayo actual, las alteraciones genómicas han demostrado ser mucho más complejas de lo previsto “. Dice el Dr. Cox.
Aunque esta vez es más difícil identificar todas las mutaciones que contribuyen al aumento de la resistencia a la radio, los investigadores muestran que se ven afectados más metabolismos celulares (síntesis de ATP, biogénesis de grupos de hierro-azufre, síntesis de cadaverina y respuesta de especies reactivas de oxígeno). Además, este estudio demuestra que la radio-resistencia puede desarrollarse al nivel de Deinococcus radiodurans, independientemente de la resistencia a la desecación. A medida que continúa la exposición a la radiación y la evolución experimental, se recopilan más datos sobre cómo inducir la resistencia a la radio en las bacterias. Esto podría algún día constituir una valiosa caja de herramientas de mutaciones para diseñar probióticos radiorresistentes que ayuden, por ejemplo, a pacientes tratados con radioterapia o astronautas expuestos a radiación espacial.
Referencia: “Fisiología de Escherichia coli altamente radiorresistente después de una evolución experimental durante 100 ciclos de selección” por Steven T. Bruckbauer, Joel Martin, Benjamin Minkoff, Michael Veling, Illissa Lancaster, Jessica Liu, Joseph Trimarco, Brian Bushnell, Anna Lipzen, Elizabeth Wood , Mike Sussman, Christa Pennacchio y Michael M. Cox, 22 de septiembre de 2020, Fronteras en microbiología.
DOI: 10.3389 / fmicb.2020.582590
