Científicos en Japón descubrieron un tipo de bacteria en una cueva que exhibe un comportamiento multicelular y un ciclo de vida único en dos etapas.

La bacteria, HS-3, fue aislada de la pared de una cueva de piedra caliza inundada periódicamente por un río subterráneo. HS-3 tiene dos etapas de vida diferentes; En una superficie sólida, se autoorganiza en una colonia en capas con cualidades similares a las de un cristal líquido. Una colonia de HS-3 madura hasta convertirse en una esfera semicerrada que contiene grupos de células de cocobacilo ‘hijas’, o células cortas en forma de bastón, que se liberan al entrar en contacto con el agua.

«El surgimiento de la multicelularidad es uno de los grandes misterios de la vida en la Tierra», dice el autor correspondiente Kouhei Mizuno, profesor del Instituto Nacional de Tecnología (KOSEN), Tokio, Japón. El punto es que ya conocemos la función superior y la adaptabilidad de la multicelularidad, pero no sabemos casi nada sobre sus orígenes. La función bien establecida y la adaptabilidad no son necesariamente su fuerza impulsora formativa. «que debe haber estado presente en la etapa temprana de la transformación evolutiva No tenemos un buen modelo actual para estudiar la multicelularidad a excepción de los modelos teóricos”.

Uno de esos modelos, llamado «andamiaje ambiental», afirma que el medio ambiente ejerce una presión de selección sobre una población en evolución, argumentando que la selección natural darwiniana todavía es aplicable a los organismos unicelulares.

Mizuno y su estudiante de laboratorio Ohta identificaron HS-3 del agua que goteaba en la pared de una cueva de piedra caliza en la isla de Kyushu, en el norte de Japón, en 2008. Inicialmente estaban buscando bacterias que acumulan lípidos, pero Ohta descubrió una pequeña colonia de color y textura muy hermosos cuando inspección de las placas Agar viejo para bacterias antes de desecharlo. Debido a su estructura irregular, la mayoría de las bacterias en agar tienen una textura opaca, sin embargo, esta colonia era translúcida y tenía un color iridiscente. Las comparaciones de fenotipos con especies estrechamente relacionadas establecieron esta colonia como una nueva especie, HS-3, que los científicos han denominado Jeongeupia sacculi (que significa «cuna»).

El equipo usó un microscopio para analizar el crecimiento de la colonia. Las células comenzaron a multiplicarse simplemente como bacilos, pero la elongación celular hizo que la colonia formara una estructura monocapa, orientada como un cristal líquido. Las protuberancias se forman específicamente en el borde de la colonia, aliviando la presión interna y dando a HS-3 la capacidad única de mantener esta disposición de fluido bidimensional durante mucho tiempo, lo que puede ser un requisito previo para que HS-3 establezca un comportamiento multicelular.

Luego, la colonia se expandió para formar capas adicionales. Torsión de las células filamentosas internas, dando como resultado la creación de esferas con una estructura espiral. Estas esferas y la disposición en forma de cristal líquido explican la transparencia observada en las colonias HS-3 en agar. Después de 2 días, se produjo una rápida proliferación celular internamente y la colonia comenzó a hincharse tridimensionalmente, formando una esfera semicerrada que contenía cocolitocitos. Después del quinto día, las células internas se amontonaron fuera de la colonia, lo que provocó una reacción en cadena de este evento en las colonias vecinas y, por lo tanto, indicó cierto control multicelular.

Debido a que el sitio de muestreo de la pared de la cueva de HS-3 estaba sujeto regularmente al agua que fluía hacia la cueva, el equipo sumergió colonias hemisféricas maduras en el agua. La endobacteria se liberó en el agua, dejando atrás la estructura de células filamentosas. Al recubrir estas células hijas en agar fresco, descubrieron que las células podían reproducir la estructura filamentosa original, lo que demuestra que las dos etapas distintas del ciclo de vida de HS-3 son reversibles y pueden haber surgido debido a condiciones cambiantes dentro de la caveola. .

«Necesitábamos 10 años para asegurarnos de que esto no fuera una contaminación de dos especies diferentes y que no fuera solo una mutación», dice Mizuno. «Primero, usamos una serie de observaciones microscópicas para obtener imágenes de todo el proceso desde una sola célula hasta una colonia, para lo cual desarrollamos nuestros propios métodos. Luego descubrimos que los cambios morfológicos en las células y las colonias eran controlados y reversibles. Estos datos nos llevaron creer que son ‘pluricelulares’ de HS -3».

La primera etapa del ciclo de vida de HS-3 indica que la organización similar a un cristal líquido está involucrada en el surgimiento de la multicelularidad, lo que no se ha informado previamente. La presencia de una segunda etapa de la vida indica la participación de un entorno acuático dinámico en el surgimiento de la multicelularidad de HS-3″, dice el coautor Kazuya Morikawa, profesor del Departamento de Ciencias Biomédicas. Universidad de TsukubaJapón

«Nos sorprendieron las muchas propiedades extrañas que tiene HS-3, una de las cuales es que el comportamiento multicelular de esta nueva especie encaja bien con la hipótesis del ‘andamiaje ambiental’ propuesta recientemente. Ahora creemos que el salto hacia la multicelularidad será un proceso mucho más elaborado y hermoso que uno que incluso imaginamos ahora mismo «. Mizuno y Morikawa comentaron.

Referencia: «Nuevos procariotas multicelulares descubiertos junto a una corriente subterránea» Por Kohei Mizuno, Miss Mari, Toshihiko Nagamura, Akihiro Koga, Satoru Hirayama, Souichi Furukawa, Kenji Tanaka, Kazuya Morikawa 11 de octubre de 2022, disponible aquí. eLife.
DOI: 10.7554/eLife.71920