E. coli radiorresistente inducida desarrolla perfiles de mutación complejos a medida que continúa la evolución experimental y aumenta el nivel de radiorresistencia
E. coli radiorresistente inducida desarrolla perfiles de mutación complejos a medida que continúa la evolución experimental y aumenta el nivel de radiorresistencia. Crédito: Michael M. Cox y coautores.

Los organismos más resistentes de la Tierra, llamados extremófilos, pueden sobrevivir a condiciones duras como sequedad extrema (desecación), frío extremo, vacío espacial, ácido o incluso radiación de alto nivel. Hasta ahora, el más duro de todos estos organismos parece ser la bacteria Deinococcus radiodurans, capaz de sobrevivir a dosis de radiación mil veces mayores que las fatales para los humanos. Pero hasta la fecha, los científicos seguían desconcertados por cómo podría haber evolucionado la resistencia a la radiación en varios organismos de nuestro planeta, naturalmente protegidos de la radiación solar por su campo magnético.

Si bien algunos científicos sugieren que la resistencia a la radiación en organismos extremófilos podría haber evolucionado junto con otros tipos de resistencia, como a la desecación, quedaba una pregunta básica…

¿Qué genes están específicamente involucrados en la resistencia a la radiación en los extremófilos?

Para abordar esta cuestión, el equipo del Dr. Michael M. Cox, de la Universidad de Wisconsin-Madison, decidió “dejar que las células lo digan”. Los investigadores comenzaron con una bacteria naturalmente no resistente a la radiación, E. coli, y la expusieron a ciclos iterativos de irradiación de alto nivel. Después de muchas rondas de exposición y expansión de la radiación, surgieron algunas poblaciones resistentes a la radiación. Utilizando la secuenciación del genoma completo, los investigadores estudiaron las alteraciones genéticas presentes en cada población radiorresistente y determinaron qué mutación proporcionaba radiorresistencia a la bacteria.

En su primer estudio, el equipo del Dr. Cox comenzó exponiendo E. coli a 50 rondas de ionización (Bruckbauer et al 2019b). Después de aproximadamente 10 rondas, surgieron algunas poblaciones radiorresistentes, y después de 50, el estudio de su perfil genético destacó tres mutaciones responsables de la radiorresistencia, todas en genes vinculados a los mecanismos de reparación del ADN. Aquí, en su nuevo estudio, el equipo expuso la bacteria a 50 rondas más de exposición y selección a la radiación.

Los resultados publicados en Frontiers in Microbiology muestran que las poblaciones de E. coli radiorresistente continuaron evolucionando y surgieron subpoblaciones.

El tardígrado, un extremófilo
El tardígrado, un extremófilo capaz de resistir el vacío del espacio, o presiones de casi de casi 6000 atmósferas.

Sorprendentemente, mientras que la resistencia a la radiación inducida por la primera serie de ionización podría asociarse principalmente con tres mutaciones, la segunda indujo cientos de mutaciones, incluidas grandes deleciones y duplicaciones de varios genes. “Las cuatro poblaciones que estamos desarrollando en este nuevo ensayo han alcanzado niveles de resistencia a la radiación que se acercan a los niveles observados con Deinococcus radiodurans. A medida que avanzó el ensayo actual, las alteraciones genómicas han demostrado ser mucho más complejas de lo previsto“, comenta el Dr. Cox.

Aunque esta vez es más difícil identificar todas las mutaciones que contribuyen al aumento de la resistencia a la radiación, los investigadores muestran que se ven afectados más metabolismos celulares (síntesis de ATP, biogénesis de grupos de hierro-azufre, síntesis de cadaverina y respuesta de especies reactivas de oxígeno).

Además, este estudio demuestra que la radiorresistencia puede desarrollarse al nivel del organismo extremófilo Deinococcus radiodurans, independientemente de la resistencia a la desecación. A medida que continúa la exposición a la radiación y la evolución experimental, se recopilan más datos sobre cómo inducir la resistencia a la radiación en las bacterias. Esto podría algún día constituir una valiosa caja de herramientas de mutaciones para diseñar probióticos radiorresistentes que ayuden, por ejemplo, a pacientes tratados con radioterapia o astronautas expuestos a radiación espacial.

Fuente: Frontiers in Microbiology.

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