Los microbios como las bacterias no son lo suficientemente conscientes como para formar recuerdos. pero un grupo de científicos de Texas desarrolló una nueva forma de hacerlo a nivel genético.

Los investigadores informan que han diseñado con éxito microbios para informar sobre sus entornos y formar "memorias" genéticas del evento. Es una herramienta que podría ayudar a los científicos a comprender mejor el ciclo químico en la Tierra y cómo los microbios comparten información como la resistencia a los antibióticos entre sí. según los investigadores.

"Esperamos que esto ayude a fomentar la colaboración entre biólogos sintéticos y microbiólogos, "dijo Emily Fulk, estudiante de posgrado en Rice University en Texas y quien presentó su trabajo preliminar en la Reunión de Otoño de la American Geophysical Union 2017 en Nueva Orleans. "Estoy muy emocionado de empezar a aplicar esto".

Fulk trabaja con bacterias del suelo, microbios que desempeñan un papel importante en la descomposición de organismos muertos y "fijando" el nitrógeno de la atmósfera en formas que las plantas y los animales pueden utilizar. Muchas preguntas siguen sin respuesta sobre estas bacterias, incluida la forma en que responden a las condiciones ambientales como la sequía o el exceso de fertilizantes. Responder a esas preguntas requiere períodos prolongados y un seguimiento constante que no son prácticos con los métodos actuales. de modo que Fulk se dedicó a la biología sintética.

Los biólogos han modificado previamente genes dentro del plásmido de un microbio, su cromosoma circular de ADN, insertando un gen específico que se activa cuando está en presencia de una sustancia química de interés. De esta manera, el microbio produce una señal en respuesta a un estímulo ambiental.

Investigadores interesados ​​en detectar nitratos ambientales, moléculas que se encuentran en los fertilizantes, por ejemplo, podría insertar un gen sensible a los nitratos en el plásmido del microbio. Luego, cuando el microbio detecta nitratos en su entorno, activa el gen para producir una señal o "informe" a los científicos.

"Puedes pensar en ello como un interruptor de luz y una bombilla, donde el sensor es como el interruptor de la luz y la señal de la bombilla, "Fulk dijo." Puedes mirar la bombilla, o señal producida, y decir, 'OK, si vemos que la luz está encendida sabemos que se ha activado el cambio '".

Tradicionalmente, la analogía de la luz era literal:los microbios estaban diseñados para brillar o emitir fluorescencia cuando detectaban una sustancia química específica. Pero en el suelo ver la fluorescencia resulta un desafío. En lugar de, Fulk y sus colegas desarrollaron microbios que informan produciendo un gas.

Que aún dejaba un desafío pendiente, aunque. Para producir una señal, los microbios deben estar vivos, y debido a que la mayoría de los microbios viven solo en el orden de varias horas, su informe es de corta duración.

Fulk resolvió el problema llevando a los microbios genéticamente modificados un paso más allá. Ella diseñó un microbio que no solo podía producir un gas en respuesta a una señal química, sino que también recordaba que había producido la señal de gas mucho después de que el químico activador desapareciera y el microbio muriera. En otras palabras, lo diseñó para tener memoria.

"Usando la memoria, ahora podemos decir, 'Incubemos nuestros microbios durante una semana, un mes, o una temporada, 'y luego, al final, observe los microbios y vea lo que han visto durante todo el período en lugar de solo en un momento específico, "Dijo Fulk.

Con un diseño inteligente, Fulk insertó algo que nunca se había hecho antes:un sensor de "interruptor de luz" y genes reporteros de "bombilla" separados. En su configuración, el gen reportero debe modificarse antes de que pueda producir su señal de gas. El gen del interruptor de luz, activado cuando el microbio come el azúcar arabinosa, codifica una enzima capaz de modificar el gen informador. Una vez que se activa el gen del interruptor de luz, modifica y activa el gen reportero, y el microbio produce un gas.

La modificación del gen reportero no se puede revertir, sin embargo, por lo que el microbio mantiene una "memoria" genética de la detección. Posteriormente, los científicos pueden buscar este cambio genético poco después de que el microbio estuvo expuesto a la sustancia química o mucho después de que el microbio murió.

"Me quedo impresionado por esto todos los días, Fulk dijo:"Estamos muy emocionados de haber resuelto todos los aspectos".

La nueva investigación presagia lo que Fulk espera sea una larga lista de aplicaciones futuras. La inserción de detectores sensibles a sustancias químicas relevantes para el medio ambiente puede responder preguntas de larga data para los ecologistas microbianos y del suelo, ella dijo.

"La idea es que si podemos hacer de este un sistema tipo Lego plug-and-play, donde eliges a tu reportero, tu memoria, 'su químico deseado para sentir, y su huésped microbiano, luego se puede personalizar para ayudar a abordar cualquier pregunta que desee, "Dijo Fulk.

"A veces se pueden detectar materiales indetectables con estos microbios, "dijo Caroline Masiello, el investigador principal del grupo de investigación de la Universidad de Rice. Los investigadores podrían utilizar el método para estudiar aspectos poco conocidos del ciclo del azufre o la producción de metano bacteriano. ella dijo. Pero mientras es emocionante, la aplicación directa en el medio ambiente parece poco probable.

Por ahora, Fulk y sus colegas están trabajando con ingenieros ambientales para estudiar cómo se transfiere la resistencia a los antibióticos entre microbios en los centros de tratamiento de aguas residuales y en el suelo. Al construir un microbio donante con un gen interruptor de luz y un microbio receptor con el gen de bombilla, podrían determinar cuándo se unen los genes para producir una "memoria". Y sabiendo eso Sucesivamente, les ayudará a identificar "espías" de microbios que podrían utilizar en el futuro, Fulk dijo.

Esta historia se vuelve a publicar por cortesía de AGU Blogs (http://blogs.agu.org), una comunidad de blogs de ciencia espacial y de la Tierra, alojado por la American Geophysical Union. Lea la historia original aquí.