Para el doctorado de la Universidad Estatal de Arizona. recién graduada Julie Bethany Rakes, todo comenzó como un experimento fallido que terminó siendo un descubrimiento impactante para la comunidad de microbiología. Recientemente en Nature Communications , el profesor de Rakes and Regents, Ferran García-Pichel, informó sobre una nueva bacteria que se alimenta de las cianobacterias del suelo en biocrusts. En esta publicación, describen el ciclo de vida del depredador recién descubierto, el mecanismo de ataque y su impacto ecológico.

Las bacterias están en todas partes y juegan un papel importante en el mantenimiento de los procesos ecológicos en todo el mundo. Por ejemplo, en el suelo del desierto, las cianobacterias utilizan la fotosíntesis para producir energía. Al igual que las plantas, su papel en la producción de oxígeno y la fijación de nitrógeno es clave para la supervivencia de otros organismos. Las cianobacterias forman comunidades que viven en la superficie del suelo formando biocostras. Estas comunidades brindan grandes beneficios al atrapar el polvo, prevenir la erosión y aumentar los nutrientes y el nivel de agua en el suelo.

Desafortunadamente, y a pesar de su papel en el mantenimiento de los ecosistemas, las cianobacterias son la presa favorita de un depredador recién descubierto:Candidatus Cyanoraptor togatus (C. togatus).

"Había algo que mataba las biocortezas. No era un virus, y no era un animal pequeño. Solo podía ser otra bacteria", dijo García-Pichel.

Las biocostras de cianobacterias saludables se asemejan al suelo cuando están secas, pero cuando están mojadas, su pigmentación verde es visible; excepto que las biocortezas que han sido atacadas por Cyanoraptor muestran claros de cianobacterias en patrones circulares, conocidos como placas, similares a diminutos anillos de hadas. En el campo, los investigadores pudieron identificar la enfermedad al observar esas placas inusuales.

"Los vi por primera vez en Casa Grande, AZ y luego continué este proceso de observar tormentas e inmediatamente corrí al campo, a veces manejando 6 horas o más para identificarlos en múltiples lugares en los desiertos de Sonora y Chihuahua", dijo Rakes.

Trabajaron en el campo y en el laboratorio para aislar las bacterias que causan enfermedades. Después del aislamiento, las bacterias se cultivaron y se estableció su ciclo de vida y mecanismo de ataque.

En una etapa temprana, Cyanoraptor se propaga como diminutas células esféricas llamadas propágulos. Estas células no crecen ni se dividen; en cambio, simplemente acechan y esperan pacientemente a su presa. Cuando la cianobacteria se acerca lo suficiente, Cyanoraptor ataca, se adhiere a la presa y forma una estructura de acoplamiento especializada, disolviendo la pared celular similar a la piel de la presa y entrando en la celda de la presa.

Los propágulos de Cyanoraptor son extraños en lo que respecta a las bacterias. Tienen un compartimento exterior limitado por dos membranas. Los investigadores sospechan que este compartimento juega un papel clave en el ataque, al retener y luego liberar proteínas que descomponen la membrana externa de su presa y le permiten ingresar al cuerpo celular debilitado. Este compartimento también es la forma en que Cyanoraptor recibe el nombre de su especie, togatus, porque parecen estar envueltos en una túnica o toga.

Una vez dentro, Cyanoraptor devora a la presa, haciéndose más y más grande hasta convertirse en una célula con forma de salchicha. Cuando es lo suficientemente largo, este depredador comienza a dividirse en muchas células a la vez, eventualmente matando a la presa y convirtiéndose nuevamente en propágulos, esperando a la próxima víctima desafortunada.

“Es un depredador que se mete en las células de sus presas y se las come por dentro, lo cual es horrendo”, dijo García-Pichel. "Es realmente como una película de terror microbiana".

A medida que mueren las cianobacterias, desaparecen todas las cosas que hacen las biocortezas para beneficiar al desierto. Propiedades valiosas como el ciclo del nitrógeno, la captura de polvo y la retención de humedad se reducen drásticamente.

"En general, esto significa que podría haber consecuencias graves para la salud del desierto, menos nutrientes, suelo menos estable y retención de agua, por lo que una reducción en el tiempo que las plantas y otros organismos pueden estar activos. Con la pérdida de estas funciones, los organismos que dependen de estos los servicios, como las plantas, pueden sufrir, lo que podría tener más consecuencias en la cadena alimentaria", dijo Rakes.

Este descubrimiento trascendental no habría sido posible si no hubiera sido por la tenacidad de Rakes y su negativa a ceder ante lo que al principio parecía ser un fracaso. Afortunadamente para el futuro de las cianobacterias, perseveró.

Su descubrimiento también demostró que las bacterias depredadoras pueden dar forma a la estructura y función de las comunidades microbianas en todo el mundo, que no son solo una rareza biológica interesante.

Esta experiencia le ha dado algo de sabiduría para transmitir a otros estudiantes de posgrado:

"Haga un seguimiento de los resultados que son inesperados o incluso parecen estar completamente equivocados", dijo. "Cuando me encontraba diciendo 'eso es raro', a menudo era algo que todavía no entendía. Como me dijo sabiamente Ferran, 'En los experimentos no puedes explicar, los microbios te hablan'".

Se puede acceder al genoma completo de la bacteria recién descubierta a través de la base de datos NCBI bajo BioProject PRJNA730811. Rakes y Ferran están afiliados a la Escuela de Ciencias de la Vida y al Centro de Biodiseño para Microbiómica Fundamental y Aplicada. Esta investigación se realizó en colaboración con Shannon Lynn Johnson, científica del Laboratorio Nacional de Los Álamos y también alumna de doctorado de SOLS. + Explora más

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