Las bacterias luminosas controlan los genes del reloj en el cuerpo del anfitrión

Otro estudio nuevo da un paso más hacia la revelación de la influencia generalizada de las comunidades microbianas que habitan las plantas y los animales en su biología. Científicos en los Estados Unidos han descubierto que la bacteria luminosa Vibrio fischeri regula el ritmo diario de su huésped, el calamar bobtail hawaiano, al interactuar con sus genes de reloj.
Margaret McFall-Ngai, de la Universidad de Wisconsin-Madison (UW-Madison), y sus colegas, informan cómo descubrieron la bacteria simbiótica que establece el reloj biológico de su huésped, en la edición en línea del 2 de abril de la revista mBio.

Nuevas ideas en microbioma

El estudio es el primero en mostrar un microbio que regula el ritmo circadiano de su huésped. Es importante porque sugiere que está ocurriendo mucho más entre los hospedantes vivos y los microbios que los habitan, de lo que podemos pensar: aunque otros estudios recientes también están revelando nuevos hallazgos interesantes.
Tomemos como ejemplo el "microbioma" que habita el intestino humano. Esta vasta colección de comunidades microbianas comprende miles de bacterias, hongos y otros organismos que llevan a cabo tareas esenciales para la digestión, como la fabricación de vitaminas y aminoácidos esenciales, la descomposición de toxinas y la creación de barreras contra los invasores hostiles.
Recientemente, un equipo internacional de científicos estableció que en 3.3 millones, los genes en el microbioma del intestino humano superan en gran medida a los 23,000 o más genes en el genoma humano.
Otro equipo de investigadores de EE. UU. Informó que las bacterias intestinales forman parte de un sistema complejo que mantiene la presión arterial del cuerpo, mientras que un grupo de China y Europa dijo que hay algo muy distintivo sobre las bacterias intestinales de las personas con diabetes tipo 2.

Reloj biológico

Los humanos y otros animales tienen un "reloj biológico" que regula nuestro ritmo circadiano en un ciclo de 24 horas.

Nuestro reloj biológico parece estar controlado en gran parte por la exposición a la luz y la oscuridad, y es responsable de los patrones de sueño y vigilia, y de ciertas funciones metabólicas y fisiológicas.
En general, desconocemos este ritmo hasta que se interrumpe, por ejemplo, por desfase horario o cuando trabajamos en turnos nocturnos.
Existe evidencia de que la interrupción de este ciclo diario puede afectar gravemente nuestra salud, dando lugar, por ejemplo, a trastornos del sueño y del sistema inmune, y afecciones como el trastorno afectivo estacional.
Los científicos sugieren que, a nivel molecular, el ritmo circadiano está impulsado por un conjunto de "genes de reloj" y sus familiares.
"En los humanos, los genes expresados ??en el intestino se encuentran en un profundo ritmo circadiano dirigido por los genes del reloj", dice McFall-Ngai en un comunicado.

El calamar Bobtail hawaiano

El calamar bobtail hawaiano, Euprymna scolopes, es un pequeño invertebrado marino que pasa sus noches alimentándose cerca de la superficie del océano.
Tiene muchos trucos para distraer u ocultar a los posibles depredadores: puede liberar tinta como señuelo, puede enterrarse en la arena y puede cambiar de color.
Pero tal vez la herramienta más sofisticada en su arsenal es la que contiene una colonia de bioluminiscentes V. fischeri llevado en un "órgano ligero" especial dentro de su cavidad del manto.
El calamar usa el órgano ligero como una especie de dispositivo de camuflaje. Puede dirigir y cambiar la calidad de la luz, y también puede manipular la intensidad de la luz para que coincida con la luna y la luz de las estrellas, para enmascarar su silueta y evadir a los depredadores.
Al amanecer, el calamar expulsa el 90% de las bacterias brillantes, se esconde en la arena y duerme hasta el anochecer, cuando, armado con una nueva cosecha de bacterias, reanuda su búsqueda nocturna.

La luz de las bacterias activa la cascada genética en el órgano de la luz del calamar

En su estudio, McFall-Ngai y sus colegas encontraron que la luz generada por la bacteria colonizadora Vibrio fischeri desencadena una cascada genética en las células del órgano de luz del calamar.
Esta cascada controla el ciclo diario de actividad que normalmente se sincroniza con señales ambientales como la luz solar.
"En lugar de luz ambiental, este animal responde y cicla en respuesta a la luminiscencia de su propio órgano de luz" dice McFall-Ngai, profesor de microbiología médica y una autoridad en el calamar bobtail y su bacteria simbiótica luminiscente.
"Este animal tiene un sistema productor de luz en un órgano en el medio del cuerpo", explica, "Las bacterias en el órgano de luz son luminosas, y su luminiscencia afecta la expresión de un gen de reloj conocido como 'cry' en el células del órgano de luz que están interactuando con estas bacterias luminosas ".
El equipo también analizó qué sucedía con el gen cry con y sin las bacterias presentes, y también qué sucedió en presencia de bacterias mutantes incapaces de producir luz.
Descubrieron que para que los genes del reloj del calamar se expresaran en un ritmo, necesitaban luz de la bacteria.

Modelo útil para estudiar la interacción de las bacterias Symbiont y la biología del huésped

Los investigadores sugieren que el órgano liviano del calamar ofrece un modelo útil para comprender la interacción de una bacteria simbionte y las funciones biológicas de su huésped.
McFall-Ngai dice que el intestino humano también es un sistema caracterizado por el ritmo:
"Todo en el intestino humano está a un ritmo. Quizás las miles de bacterias allí también gobiernen los ritmos del intestino, del mismo modo que la bacteria luminosa asociada del calamar establece los ritmos en el órgano liviano".
Ella dice que el órgano liviano del calamar ofrece un modelo simple donde puedes manipular genéticamente un solo microbio y ver cómo afecta a todo el sistema.
Esto proporciona "mucha más resolución de la que se puede hacer en estudios del intestino humano", dice McFall-Ngai.
Pero tal vez la parte más sorprendente de este descubrimiento, es como ella lo dice:
"Estamos empezando a darnos cuenta de que los ritmos circadianos son realmente importantes para la salud y que los microbios son importantes para todo".
Los fondos de los Institutos Nacionales de Salud y la National Science Foundation ayudaron a pagar la investigación.

Escrito por Catharine Paddock PhD