Como se reproducen las bacterias?
Fisión binaria
La mayoría de las bacterias confían en la fisión binaria para la propagación. Conceptualmente, este es un proceso simple; una célula solo necesita crecer al doble de su tamaño inicial y luego dividirse en dos. Pero, para seguir siendo viable y competitivo, una bacteria debe dividirse en el momento adecuado, en el lugar correcto, y debe proporcionar a cada descendiente una copia completa de su material genético esencial. La división celular bacteriana se estudia en muchos laboratorios de investigación en todo el mundo. Estas investigaciones están descubriendo los mecanismos genéticos que regulan y dirigen la división de células bacterianas. Comprender la mecánica de este proceso es de gran interés porque puede permitir el diseño de nuevos productos químicos o nuevos antibióticos que se dirijan específicamente a la división celular en bacterias e interfieran con ella.
Antes de que ocurra la fisión binaria, la célula debe copiar su material genético (ADN) y segregar estas copias en los extremos opuestos de la célula. Luego, los muchos tipos de proteínas que componen la maquinaria de división celular se ensamblan en el sitio de la futura división. Un componente clave de esta maquinaria es la proteína FtsZ. Los monómeros de proteína de FtsZ se ensamblan en una estructura de tipo anillo en el centro de una célula. Otros componentes del aparato de división se ensamblan en el anillo FtsZ. Esta maquinaria está posicionada de manera que la división divide el citoplasma y no daña el ADN en el proceso. A medida que se produce la división, el citoplasma se divide en dos, y en muchas bacterias se sintetiza la nueva pared celular. El orden y el momento de estos procesos (replicación del ADN, segregación del ADN, selección del sitio de división, invaginación de la envoltura celular y síntesis de la nueva pared celular) están estrechamente controlados.
Algunas formas inusuales de reproducción en bacterias:
Existen grupos de bacterias que usan formas inusuales o patrones de división celular para reproducirse. Algunas de estas bacterias crecen a más del doble del tamaño de su célula inicial y luego usan múltiples divisiones para producir múltiples células descendientes. Algunos linajes bacterianos se reproducen por gemación. Aún otros forman descendientes internos que se desarrollan dentro del citoplasma de una “célula madre” más grande. Los siguientes son algunos ejemplos de algunas de estas formas inusuales de reproducción bacteriana.
Producción de baeocitos en la cianobacteria Stanieria
Stanieria nunca sufre fisión binaria. Comienza como una pequeña celda esférica de aproximadamente 1 a 2 μm de diámetro. Esta célula se conoce como baeocito (que literalmente significa “célula pequeña”). El baeocito comienza a crecer, formando eventualmente una célula vegetativa de hasta 30 μm de diámetro. A medida que crece, el ADN celular se replica una y otra vez, y la célula produce una matriz extracelular gruesa. La célula vegetativa eventualmente pasa a una fase reproductiva donde experimenta una rápida sucesión de fisiones citoplasmáticas para producir docenas o incluso cientos de baeocitos. La matriz extracelular eventualmente se abre, liberando los baeocitos. Otros miembros de Pleurocapsales (una Orden de Cianobacterias) usan patrones inusuales de división en su reproducción (ver Waterbury y Stanier, 1978).
Florecimiento en bacterias
Plancto
Se han observado brotes en algunos miembros de los Planctomycetes, Cyanobacteria, Firmicutes (por ejemplo, las Bacterias Gram-positivas Bajas en G + C) y las proteobacterias protésicas. Aunque la gemación se ha estudiado ampliamente en la levadura eucariota Saccharomyces cerevisiae, los mecanismos moleculares de la formación de brotes en las bacterias no se conocen. A continuación se muestra una representación esquemática de los brotes en una especie de Planctomyces.
Producción de descendencia intracelular por algunos Firmicutes
Epulopiscium spp., Metabacterium polyspora y las bacterias filamentosas segmentadas (SFB) forman múltiples descendientes intracelulares. Para algunas de estas bacterias, este proceso parece ser la única forma de reproducirse. El desarrollo de la descendencia intracelular en estas bacterias comparte características con la formación de endosporas en Bacillus subtilis.
Epulolife
En grandes Epulopiscium spp. esta estrategia reproductiva única comienza con la división celular asimétrica, vea La figura del ciclo de vida del Epulopiscio. En lugar de colocar el anillo FtsZ en el centro de la celda, como en la fisión binaria, (A) los anillos Z se colocan cerca de ambos polos celulares en Epulopiscium. (B) La división forma una gran célula madre y dos células pequeñas descendientes. (C) Las células más pequeñas contienen ADN y se vuelven completamente engullidas por la célula madre más grande. (D) La descendencia interna crece dentro del citoplasma de la célula madre. (E) Una vez que se completa el desarrollo de la descendencia, la célula madre muere y libera la descendencia.
Nuestro laboratorio estudia los mecanismos del desarrollo de la descendencia intracelular en Epulopiscium y Metabacterium polyspora. Estamos interesados en qué mecanismos se conservan entre estos procesos reproductivos inusuales y la formación de endosporas. Esperamos comprender cómo esta nueva forma de reproducción celular se desarrolló con el tiempo y cómo beneficia a estos simbiontes intestinales.