Un principio general de la biología es que todas las membranas de las células están formadas por fosfolípidos, es decir, lípidos que contienen fósforo. Hasta hace muy poco se pensaba que estas moléculas eran imprescindibles para el funcionamiento de la célula.
Un principio general de la biología es que todas las membranas de las células están formadas por fosfolípidos, es decir, lípidos que contienen fósforo. Hasta hace muy poco se pensaba que estas moléculas eran imprescindibles para el funcionamiento de la célula. Sin embargo, en los últimos años se han descubierto unas pocas excepciones: algunas plantas superiores y microalgas marinas, pueden sustituir sus fosfolípidos por lípidos sin fósforo cuando la disponibilidad de éste nutriente esencial es baja.
Ahora, una investigación dirigida por el Instituto de Ciencias del Mar revela que, en ausencia de fósforo, las bacterias marinas también son capaces de reconstruir sus membranas con lípidos sin fósforo. No sólo eso. El estudio indica que, como respuesta a la escasez de fósforo, las comunidades bacterianas marinas del Mar Mediterráneo, uno de los sistemas más pobres en fósforo del planeta, remodelan sus membranas y sustituyen hasta el 80% de los lípidos. Eso les permite reaprovechar el fósforo que está contenido en sus membranas -formadas antes de que se diera la escasez de fósforo- y destinarlo a la síntesis de otras moléculas esenciales para la vida, como el ADN, que no puede prescindir de fósforo.
El trabajo, liderado por Marta Sebastián, científica del Departamento de Biologia Marina y Oceanografía del ICM, se publica esta semana en la revista de la International Society for Microbial Ecology. En el trabajo han participado investigadores de centros del Reino Unido, EEUU, Francia, República Checa, Grecia y España.
Los científicos han realizado experimentos con bacterias evolutivamente muy distintas, aunque morfológicamente casi iguales al microscopio, y han podido ver que, en ausencia de fósforo, las bacterias sintetizan diferentes lípidos sin fósforo para reconstruir sus membranas celulares. El proceso, explican en la publicación, es reversible: cuando se añade fósforo a su medio de crecimiento las bacterias sintetizan fosfolípidos de nuevo.
El gen plcP es la clave
Los fosfolípidos están formados por dos ácidos grasos unidos a una molécula de glicerol que a su vez está unida a la molécula de fósforo. Mediante manipulación genética, los autores han podido confirmar que el gen plcP es el encargado de romper los fósfolipidos para que el fósforo pueda ser reutilizado por la célula. Además, demuestran que otro gen, llamado agt, se encarga de añadir un azúcar al glicerol, formando así unos lípidos que tienen azúcar en lugar de fósforo (glucolípidos).
También han observado que en las épocas del año en que hay escasez de fósforo, las bacterias construyen sus membranas con estos últimos lípidos y otros que contienen azufre y nitrógeno en lugar de fósforo, y concluyen que el remodelado de los lípidos es un proceso dinámico que responde a la variación en la disponibilidad de fósforo en el ambiente.
Después de haber analizado las bases de datos metagenómicas marinas globales derivadas de las campañas oceanográficas Tara Oceans y Global Ocean Survey, los investigadores han constatado que entre el 60 y el 100% de las bacterias que habitan zonas del océano pobres en fósforo poseen el gen plcP que permite esta adaptación.
“Esto significa que la mayor parte de las bacterias de estas zonas son capaces de sustituir sus fosfolípidos de membrana, y da idea de la relevancia ecológica de este proceso”, dice Marta Sebastián. “Nuestro trabajo es un ejemplo de lo mucho que nos queda por descubrir sobre cómo los microorganismos se adaptan a variaciones en las condiciones ambientales. Dado que los microorganismos marinos son esenciales para el planeta, puesto que son la base de la cadena trófica marina de la que se alimentan peces y mamíferos marinos, y los motores de los ciclos biogeoquímicos, conocer cómo se adaptan al medio es crucial para predecir como variarán los ecosistemas en el futuro”.
Artículo
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