07.01.2020 - Universität Basel

Cómo controlan las bacterias su ciclo celular

Los investigadores del Biozentrum de la Universidad han demostrado cómo las bacterias coordinan la división celular con la replicación de su material genético. En un estudio interdisciplinario ellos explican por qué el concepto actual del ciclo celular bacteriano tiene que ser reescrito.

Cada célula viviente crece y se divide, generando así nueva descendencia. Este proceso también se conoce como el ciclo celular. En sentido estricto, describe una repetición periódica de dos ciclos coordinados: la duplicación de la información genética de una célula, por un lado, y la división celular, por otro. Aunque el ciclo celular en las células vegetales y animales ha sido dilucidado con bastante precisión en las últimas décadas, no ha quedado claro cómo se coordinan estos dos procesos en las bacterias.

La replicación del ADN controla el tiempo del ciclo celular

Aunque es natural pensar que el ciclo celular comienza con el nacimiento de la célula y termina con la siguiente división celular, la nueva investigación aboga por un cambio importante en este concepto. Sus hallazgos muestran que, en las bacterias, el ciclo celular comienza y termina con el inicio de la replicación del ADN, con el evento de división celular que ocurre entre dos eventos de replicación de ADN.

Los investigadores, liderados por el Prof. Erik van Nimwegen en el Biozentrum de la Universidad de Basilea, usaron un método altamente interdisciplinario combinando microfluidos, microscopía automatizada de lapso de tiempo, análisis de imagen sofisticado, y modelación computacional. Observaron el comportamiento de las células individuales de E. coli durante largos períodos de tiempo y cuantificaron sistemáticamente múltiples variables que describían el crecimiento, la división celular y la replicación del ADN durante miles de ciclos celulares en varias condiciones de crecimiento. A estos datos se les aplicó un modelo computacional para descubrir los mecanismos de control del ciclo celular.

"Nuestro modelo indica que el ciclo celular en E. coli comienza con el inicio de la replicación del ADN, momento en el cual comienzan a correr dos contadores diferentes; uno que determina cuándo debe ocurrir la siguiente división celular, y el otro que determina cuándo debe ocurrir el siguiente inicio de la replicación del ADN", explica Thomas Julou, jefe del estudio. "Aunque todavía no hemos identificado la base molecular de estos dos contadores, la biomasa producida desde la última puesta a cero del contador parece ser la variable que controla cuándo se producen los próximos eventos de división y replicación".

Estudiar las fluctuaciones para revelar los mecanismos de control

A diferencia de los enfoques clásicos de la biología molecular en los que se analizan los efectos de las mutaciones, el presente estudio utiliza un nuevo enfoque en el que el análisis de las sutiles fluctuaciones que exhiben las células en crecimiento normal se utiliza para inferir cómo se controla el proceso subyacente.

"Un gran desafío fue desarrollar métodos estadísticos para analizar la estructura de las correlaciones en las fluctuaciones de los parámetros del ciclo celular, como el tamaño de las células al nacer", dice Erik van Nimwegen. "Una nueva idea clave que desarrollamos es que, en lugar de buscar correlaciones entre las variables, es más informativo identificar qué variables parecen fluctuar independientemente unas de otras". Este enfoque permitió a los científicos revelar el mecanismo de control del ciclo celular bacteriano, pero este método será generalmente aplicable al estudio de otros procesos biológicos y organismos.

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