viernes, 1 de febrero de 2019

Las bacterias tienen memoria colectiva que se transmite en el tiempo

Pasado, presente y futuro. La línea de tiempo y su memoria parece ser fundamental para la vida. Recientemente estamos descubriendo que existe memoria entre los orangutanes, en las colonias de hormigas. También hemos descubierto que el relato oral más antiguo (de hace 14000 años) del mundo es cierto
El relato oral más antiguo del mundo es cierto. Ocurrió en Canadá, una tribu relató durante 14000 años que habían vivido en una isla cuando el continente estaba completamente helado. Esto nos indica dos cosas: que la memoria es importante y que la vida en Canadá es tan aburrida que lo único salientable que le ha ocurrido a esa tribu ocurrió hace 14000 años.
La memoria existe también entre las bacterias. Tenemos memoria en Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa y en Caulobacter crescendus.

La información crea su línea de tiempo

Cuando tenemos un sistema de soporte de información como es el ARN y posteriormente el ADN es de esperar que en un momento determinado ese sistema empiece a recordar. La memoria es un explorar la cuarta dimensión: el tiempo. Mantener los recuerdos vivos nos ayuda en nuestra tarea de prevalecer, de transmitirnos a las siguientes generaciones. Es un contarle a nuestra descendencia: no vayas por ahí que te vas a hacer daño. Esta información es tan importante para nuestra supervivencia que también lo es para sistemas vivos tan sencillos como lo son las bacterias. No faltará mucho para que las computadoras empiecen a tener recuerdos porque lo mismo que los ácidos nucleicos son un soporte de información para la vida, ellas guardan su información en ceros y unos. En algún momento veremos que empezarán a guardar celosamente historias pasadas, a seleccionarlas y a transmitirlas. 
Los viejos dicen "En mis tiempos..." Se refieren a ese momento de sus vidas en la que todo era acción. La vejez es tiempo de recordar, de hacer balance, de seleccionar anécdotas y de transmitirla a los nietos, niños que todavía no han entrado en la vorágine de la vida y que tienen tiempo para escuchar las historias de sus abuelos.
Los individuos aislados tienen memoria corta, los grupos desarrollan memoria colectiva

Este ha sido el descubrimiento de los investigadores Roland Mathis y Martin Ackerman del Eawag/ETH de Zurich. Cuando hicieron sus experimento con la bacteria acuática Caulobacter crescentus, observaron que la memoria es mayor en poblaciones de células que células individuales. Es como si las bacterias desarrollasen un especie de memoria colectiva.Cuando las bacterias se exponen a concentraciones moderadas de sal están mejor preparadas para sobrevivir a concentraciones cada vez mayores de sal que si nunca fueron expuestas a la sal.


Placa experimental en donde se crece Caulobacter crescentus: cada placa tiene 8 canales con una población de bacterias en cada uno. Fuente Graphics: Stephanie Stutz)
Esta propiedad en células individuales tiene un efecto más corto, solo 30 minutos, que cuando se observa esta propiedad en poblaciones de células. En células individuales después de 30 minutos la tasa de supervivencia a la sal no tiene ninguna relación con si se han expuesto previamente a concentraciones de sal moderadas.
Las bacterias se adhieren a la superficie de cristal por un pedúnculo adhesivo. Cuando la célula bacteriana se divide, una de las hijas se queda adherida y la otra desaparece al lavar la placa. Fuente Graphics: Stephanie Stutz)
Cuando se exponen las poblaciones a una solución moderada de sal, las tasas de supervivencia posteriores cuando se ponen, dos horas después, a una concentración elevada de sal son mayores que en poblaciones que no han sido expuestas a las soluciones moderadas de sal (a esta exposición los autores les llaman avisos). Utilizando un modelo computacional, los científicos explicaron este fenómeno como la combinación de dos factores. Primero, el estrés salino causa un retraso en la división celular, lo que lleva a la sincronización de los ciclos celulares. Segundo, la probabilidad depende de la posición de la célula  

La memoria en Pseudomonas se debe a cambios en patrones rítmicos

En el caso de Pseudomonas aeruginosa, la bacteria tiene que adherirse a una superficie para empezar a formar un biofilm. Para ello, las bacterias tienen que sentir la superfice para empezar a desarrollar las moléculas con las que adherirse a esa superficie. Los autores de este artículo publicado en PNAS han descubierto que P. aeruginosa puede recordar las señales de detección de superficie de sus antepasados. El enfoque reveló que había un patrón rítmico en la expresión del AMP cíclico y la expresión del pili tipo IV, que es una de las moléculas ancla que utilizan las células. Las bacterias recuerdan el patrón rítmico de expresión y esto les permite cambiar de ser una bacteria de vida libre y en movimiento a volverse una bacteria estática y formar un biofilm. El patrón rítmico observado sigue los principios de los sistemas de reacción difusión descubiertos por Alan Turing antes de su suicidio.
Figura 3D. Aquí se ven los patrones de división celular de Pseudomonas salvaje (wt), es decir, la Pseudomonas normal, y la Pseudomonas mutante que carece de uno de los componentes químicos, el pili tipo IV, la molécula que le permite agarrarse a la superficie. La gráfica funciona como un árbol genealógico. Empezamos con el progenitor arriba, se divide binariamente. Algunas de las células dejan el biofilm y por tanto no se les puede hacer seguimiento (se representan por un triángulo que no tiene continuidad en el árbol genealĺogico). Los patrones de división y adherencia recuerdan mucho a los patrones musicales cuando se representan gráficamente (ver video abajo). Fuente
La historia del suicidio de Alan Turing es la historia de un choque entre la coherencia y la hipocresía, entre la excelencia intelectual y las hipótesis simplistas. Las hipótesis simplistas son peores que una mentira. Cuando mientes sabes que estás mintiendo, cuando actúas siguiendo una hipótesis falsa tu conciencia se acalla, con lo que la mentira se acrecienta.
En la fotografía Alan Turing finalizando una maratón. Observar cómo la hipocresía y las hipótesis  simplistas acabaron con el hombre y con el genio es estremecedor.
A Alan Turing un amante le robó en su casa. Fue a denunciarlo. No ocultó, porque sentía que no tenía porqué, el hecho de que había una relación homosexual. El juez se vio en la obligación de aplicar la ley que era de carcel. Como Turing era un héroe de guerra, caballero del Imperio Británico, le dieron la opción de tratarse hormonalmente. En 1954 poco se sabía de hormonas. Algunos expertos, de manera muy muy muy simplista, por no decir irresponsable y criminal, recomendaban que para bajar el impulso sexual había que administrar hormonas... Si una persona tiene relaciones sexuales homosexuales y éstas están prohibidas, desde el razonamiento del juez, si le bajamos la líbido dejará de tener relaciones sexuales y por tanto ya no cometerá delito.
Los sistemas de reacción-difusión son modelos matemáticos del cambio en el espacio y el tiempo de la concentración de una o más sustancias químicas.

P. aeruginosa puede recordar las señales de detección de superficie de sus antepasados porque las alteraciones del ritmo de interacción entre dos sustancias químicas se mantienen en el tiempo. Por lo tanto estamos delante de una memoria colectiva que se transmite en el tiempo.

Hoy en día nos horrorizamos con la muerte de Alan Turing, un asesinato cometido por el estado en su intento de crear orden persiguiendo lo que consideraban una desviación de la conducta normal. Una salvajada que se basó en hipótesis simplistas. El trabajo de Alan Turing demostró que la complejidad puede ser explicada con sencillez si se aborda de una manera honesta y elegante. Los patrones de los animales obedecen a dos sustancias que en el espacio y el tiempo no se distribuyen de manera homogenea sino creando patrones. Esos mismos patrones rítmicos, en el tiempo sirven para crear memoria colectiva. Lo mismo que los patrones rítmicos de las músicas populares o de los acentos en las distintas lenguas que son altamente conservados.


Referencia:

Mathis R, Ackermann M: Response of single bacterial cells to stress gives rise to complex history dependence at the population level. PNAS, 2016, March 7th, doi: 10.1073/pnas.1511509113

https://www.pnas.org/content/115/17/4471

http://newsroom.ucla.edu/releases/bacteria-pass-on-memory-to-descendants-ucla?_ga=2.180640751.977971598.1523012985-1891032046.1523012985 

http://science.sciencemag.org/content/329/5999/1616

http://bacteriasactuaciencia.blogspot.com/2015/09/entender-la-bioquimica-bacteriana-para.html 

https://francisthemulenews.wordpress.com/2010/09/24/alan-turing-el-genio-matematico-que-creo-la-teoria-de-la-morfogenesis-poco-antes-de-suicidarse/

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