Casi tan complejo como un elefante (o más)

Que una bacteria sea más simple que un elefante no quiere decir que sea simple. Sólo quiere decir que es menos compleja que algo muy complejo. Pero las bacterias están muy distantes de ser simples. Incluso podríamos estar equivocados. Y ser las bacterias más complejas que un elefante en algunos sentidos.

Diversidad bacteriana

Fuente: http://tinyurl.com/mnwe96

Para empezar, toman decisiones tras haber obtenido información del entorno. Para seguir, su diversidad es enorme. Entre dos grupos de bacterias puede existir tanta distancia genética como entre un animal y una planta. No, definitivamente, una bacteria es algo más que enzimas empaquetadas.

En primer lugar, hay una considerable organización subcelular, que comienza en el material genético y se propaga a toda la célula. No se puede considerar simple a un organismo que tiene material genético, que tiene que expresarlo, que tiene que copiarlo y que tiene que replicarlo con fidelidad para tener descendencia. Y luego dividirse en dos. No, definitivamente, eso no es ser simple.

Cromosoma bacteriano

Fuente: http://tinyurl.com/lmeok5

El cromosoma bacteriano es una de las estructuras más visibles de este tipo de células. De hecho, en algunos sentidos es bastante más complejo que los cromosomas de un elefante. O que los tuyos o los míos. Está enormemente empaquetado en un muy pequeño espacio. La longitud de los 4,3 millones de pares de bases de E. coli significan, estirados, 1,8 mm. Lo que es una barbaridad comparado con las 1-2 micras, lo cual es 1.000 veces menor. ¡Eso es MUY MUY empaquetado! Para compactar toda esa estructura se necesitan herramientas. Y las bacterias las tienen: topoisomerasas. Unas enzimas especiales, muy especiales. Propias de ellas y no de las células eucariotas. Que ayudan a plegarse al ADN y le sujetan otras proteínas que así lo mantienen.

Además, es circular y de él salen múltiples bucles, que son sus regiones activas. Ocupa una región más o menos central. Que no está separada del resto por una membrana, aunque sí que hay una clara diferenciación entre ese lugar y el resto del citoplasma, y eso se corresponde con una segregación metabólica, con procesos que allí no ocurren y con procesos que sólo allí ocurren. Y es mantenido en su sitio por un sistema de citoesqueleto.

¡Y sí! Las bacterias tienen citoesqueleto.

¿Cómo sabemos todo esto? Por nuevas técnicas, como la fluorescencia microscópica o la fusión con proteínas fluorescentes. En ella, se modifica un gen para que la proteína que expresa tenga una parte que emita fluorescencia y así poder seguirla por toda la célula. ¡Es una técnica dinámica!

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De hecho, gracias a esa técnica, hemos descubierto que las proteínas grandes no se mueven por difusión libre en bacterias. Cuando son superiores a 400 kDal. Por tanto, y como veremos después, debe haber motores que trasladen de un lugar a otro grandes complejos proteicos. Citoesqueleto, vamos.

Pero hasta ahora te hablaba de estructura. Y donde las bacterias son enormemente complejas es en su fisiología, en su funcionamiento.

El ADN es el protagonista de los procesos bacterianos. En eucariotas, lo que le ocurre al ADN define el ciclo celular. Que en el caso de las bacterias es más un concepto que una realidad. Mucho de lo que hace el ADN lo hace todo a la vez. No ocurre como en eucariotas, que separan procesos. Un cromosoma bacteriano se replica, transcribe, separa y repara todo a la vez. En diferentes regiones, eso sí. Y todo ello con la ayuda de, otra vez, citoesqueleto. En concreto, un citoesqueleto similar al que se responsabiliza de la mitosis en eucariotas. Una factoría de replicación (con polos en las células y con ya algunas proteínas actoras implicadas, como Spo0J).

Las factorías de replicación ocupan lugares fijos. En concreto, una zona central en la célula. Pueden aparecer dos focos adicionales, en la región axial, a ¼ y ¾ de su recorrido, lo que supone que serán los futuros centros de las células que vendrán tras la replicación, y que, como el medio es favorable, ya están preparando la segunda replicación. Aún antes de haber acabado la primera. Así funciona una bacteria. Superpone procesos, no espera a finalizar uno para comenzar el otro. Ya está haciendo la siguiente replicación antes de acabar la primera. “Siguiente” no es una palabra hecha para bacterias.

En ese sentido, son muy complejas. Las bacterias y sus proteínas. De hecho, sus proteínas tienen que ser compatibles entre sí para poder actuar simultáneamente, para que una bacteria ejecute varias funciones a la vez.

Por tanto, podríamos especular con una idea. Especular, ojo. Y es que podríamos pensar que, la complejidad eucariota sirve para simplificar la fisiología. Una célula eucariota no necesita proteínas totalmente compatibles entre sí porque los procesos están separados en el espacio o en el tiempo. Una célula eucariota ha inventado los compartimentos y el ciclo celular. Eso le permite mayor sencillez fisiológica. Eso le lleva a poder tener enzimas que inicialmente serían incompatibles entre sí en una bacteria. P. ej., enzimas que trabajen a pH diferentes.

Entonces, ¿debemos seguir viendo a una bacteria como algo más sencillo que un elefante? Estructuralmente sí. Fisiológicamente, con toda probabilidad no. De hecho, a mí se me ha metido en la cabeza que la complejidad estructural eucariota sirve para simplificar su fisiología. Para permitirles tener proteínas incompatibles entre sí en un procariota.

Para darles más libertad para evolucionar.

Desde luego, también forman parte de sistemas muy, muy complejos, como cuenta en su magnífico blog Juan José Ibáñez. De hecho, lo cuenta varias veces. Lo cual, siempre, es un placer.

5 Replies to “Casi tan complejo como un elefante (o más)”

  1. Hurón

    Yo se lo suelo explicar a mis amiguetes comparando una bacteria con un superdordenador, pongamos el Roadrunner, con una impresionante capacidad de cálculo. La célula eucariota sería un pc corriente de sobremesa. Si conectamos muchos pcs de sobremesa en un clúster podemos alcanzar una capacidad de cálculo mayor que la del Roadrunner. Son dos formas de ser eficaz. La baceria al tener que valerse por si misma necesita una serie de herramientas de “alta tecnología” y superminiaturizadas. La célula eucariota cuando empieza a trabajar en equipo se especializa y simplifica. Pero no debemos olvidar que lo pequeño no es ni mucho menos inferior. Deberíamos darnos cuenta sobre todo hoy en día que vivimos en la era de la nanotecnología.

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    • Imagen de perfil de José Luis Castillo

      ¡Hola Hurón!

      Gracias por volver a pasar. No sé cómo estuve para borrar el primer comentario. Sigo alucinando con tu blog. Te debo una entrada en el que cuente la sensación que me creó leerte. Si los blogs se pudieran casar te tiraría los tejos!

      Mientras tanto, para cualquiera que lea este comentario, por favór, que pille un refresco o una cervecita, algo que picar, y luego que pinche en “Hurón”. Y que se olvide de mi blog y vaya allí. P.ej., al post del ARNi.

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  2. girgis

    Buenas JL.

    De esto que pasaba por aqui y me pare a mirar esta noticia sobre la bacteria y vi que tenia un cierto fallo.
    “Y las bacterias las tienen: topoisomerasas. Unas enzimas especiales, muy especiales. Propias de ellas y no de las células eucariotas”
    Esto, segun la bioquimica actual no es del todo cierto. Las Eucariotas tambien tiene estas enzimas encargadas de evitar el sobrenrrollamiento del ADN, son las ADNgirasas. Misma funcion pero con distinto nombre. Ambas enzimas se encargan de cortar la cadena de ADN y volver a unirla (actividad endonucleada y ligasa) por el lado contrario para evitar este enrollamiento.
    Tambien me gustaria añadir a tu entrada que las cantidad de genes que posee el ADN bacteriano, aun siendo menor que el eucariota, sigue teniendo mayor densidad, puesto que el ADN capaz de ser transcrito en un celula Eucariota es tan solo del 5% (creo, si no corrigeme) mientras que en la bacteria es muchisimo mayor, llegando a haber genes solapados o incluso en la hebra sin sentido del DNA.

    Un placer poder leer este tipo de cosas aun, espero que nos veamos este verano.

    Atte Juan Francisco

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    • Imagen de perfil de José Luis Castillo

      ¡Hola Girgis!

      Un placer!!!

      Y… “Yes I got owned”. Completamente. Quería decir que las topoisomerasas de las bacterias son especiales, no únicas. Y lo expresé de pena. No solamente te contesto aquí, sino que corrijo el post señalando el error.

      Tío, pásate cuando puedas, que es un lujo para mí tener ex-alumnos (¿o todavía alumnos? ¿algo queda de profe en mí para vosotros, jeje?) por aquí, corrigiéndome.

      Abrazos gordos.

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  3. Huron

    Gracias José Luis. En cuanto a lo de las topoisomerasas y las adn girasas, hablo de cabeza, pero creo que la topoisomerasa I es exclusiva de las bacterias y la topoisomerasa II es la adn girasa. En cualquier caso, creo que la versión bacteriana gana en eficiencia a la eucariota, ya que no depende del ATP.

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