Un principi general de la biologia és que totes les membranes de les cèl·lules estan formades per fosfolípids, és a dir, lípids que contenen fòsfor. Fins fa molt poc es pensava que aquestes molècules eren imprescindibles per al funcionament de la cèl·lula.
Un principi general de la biologia és que totes les membranes de les cèl·lules estan formades per fosfolípids, és a dir, lípids que contenen fòsfor. Fins fa molt poc es pensava que aquestes molècules eren imprescindibles per al funcionament de la cèl·lula. No obstant això, en els últims anys s'han descobert unes poques excepcions: algunes plantes superiors i microalgues marines, poden substituir els seus fosfolípids per lípids sense fòsfor quan la disponibilitat d'aquest nutrient essencial és baixa.
Ara, una investigació dirigida per l'Institut de Ciències del Mar revela que, quan hi manca fòsfor, els bacteris marins també són capaços de reconstruir les seves membranes amb lípids sense fòsfor. No només això. L'estudi revela que, com a resposta a l'escassetat de fòsfor, les comunitats bacterianes marines de la Mediterrània, un dels sistemes més pobres en fòsfor del planeta, remodelen les seves membranes i substitueixen fins al 80% dels lípids. Això els permet reutilitzar el fòsfor que està contingut en les seves membranes -formades abans que es donés l'escassetat de fòsfor- i destinar-lo a la síntesi d'altres molècules essencials per a la vida, com l'ADN, que no pot prescindir de fòsfor.
El treball, liderat per Marta Sebastián, científica del Departament de Biologia marina i Oceanografia de l’ICM, es publica aquesta setmana a la revista de l'International Society for Microbial Ecology. En el treball han participat investigadors de centres del Regne Unit, els EUA, França, República Txeca, Grècia i Espanya.
Els científics han realitzat experiments amb bacteris evolutivament molt diferents, encara que morfològicament gairebé iguals al microscopi, i han pogut veure que, en absència de fòsfor, els bacteris sintetitzen diferents lípids sense fòsfor per reconstruir les seves membranes cel·lulars. El procés, expliquen a la publicació, és reversible: quan s'afegeix fòsfor al seu medi de creixement, dels bacteris sintetitzen fosfolípids de nou.
El gen plcP és la clau
Els fosfolípids estan formats per dos àcids grassos units a una molècula de glicerol, la qual, està unida a la molècula de fòsfor. Mitjançant manipulació genètica, els autors han pogut confirmar que el gen plcP és l'encarregat de trencar els fosfolípids per tal que el fòsfor pugui ser reutilitzat per la cèl·lula. A més, demostren que un altre gen, anomenat AGT, s'encarrega d'afegir un sucre al glicerol, formant així uns lípids que tenen sucre en lloc de fòsfor (glucolípids).
També han observat que en les èpoques de l'any en què hi ha escassetat de fòsfor, els bacteris construeixen les seves membranes amb aquests últims lípids i altres que contenen sofre i nitrogen en lloc de fòsfor, i conclouen que el remodelat dels lípids és un procés dinàmic que respon als canvis en la disponibilitat de fòsfor a l'ambient.
Desprès d’analitzar les bases de dades metagenòmiques marines globals derivades de les campanyes oceanogràfiques Tara Oceans i Global Ocean Survey, els investigadors han constatat que entre el 60 i el 100% dels bacteris que habiten zones de l'oceà pobres en fòsfor posseeixen el gen plcP que permet aquesta adaptació.
"Això significa que la major part dels bacteris d'aquestes zones són capaços de substituir els seus fosfolípids de membrana, i dóna idea de la rellevància ecològica d'aquest procés", diu Marta Sebastián. "El nostre treball és un exemple de tot el que ens queda per descobrir sobre com els microorganismes s'adapten a variacions en les condicions ambientals. Atès que els microorganismes marins són essencials per al planeta, ja que són la base de la cadena tròfica marina de la qual s'alimenten peixos i mamífers marins, i els motors dels cicles biogeoquímics, conèixer com s'adapten al medi és crucial per predir com variaran els ecosistemes en el futur".
Artícle
Marta Sebastián, Alastair F. Smith, José M. González, Helen F. Fredricks, Benjamin Van Mooy, Michal Koblížek, Joost Brandsma, Grielof Koster, Mireia Mestre, Mostajir Behzad, Paraskevi Pitta, Anthony D. Postle, Pablo Sánchez, Josep M. Gasol, David J. Scanlan, and Yin Chen. (2015) Lipid remodelling is a widespread strategy in marine heterotrophic bacteria upon phosphorus deficiency. The ISME Journal. doi: 10.1038/ismej.2015.172