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Izquierda: holobionte magnetotáctico: el huésped es un eucariota unicelular con bacterias magnetotácticas en su superficie. Derecha: imagen de crio-microscopía de transmisión de rayos X (en color) obtenida en la línea de luz MISTRAL. La reconstrucción del volumen de un holobionte magnetotáctico muestra cadenas de nanocristales magnéticos (en rojo) sintetizados por los simbiontes magnéticos adheridos a la superficie de su huésped eucariótico (en cian).
Cerdanyola del Vallès, 8 de junio 2023 Un equipo del Instituto de Biociencias y Biotecnología de Aix-Marsella (BIAM) ha publicado recientemente un nuevo artículo en la revista Proceedings of the National Academy of Science. El estudio revela una asociación singular entre las bacterias magnetotácticas y su huésped, un eucariota unicelular: un protista.
La magnetorrecepción es una función única en los seres vivos. Los microorganismos son capaces de percibir y reaccionar frente a las fluctuaciones de su entorno: temperatura, luz, presión, gravedad, etc. El campo magnético terrestre también es percibido por ciertos microorganismos: las bacterias magnetotácticas, cuya movilidad está guiada por el campo geomagnético. La magnetorrecepción guía su movimiento en los sedimentos acuáticos a la vez que les ayuda a localizar más fácilmente profundidades específicas de la superficie. En el mundo microbiano, la magnetorrecepción se basa en la síntesis de cadenas intracelulares de nanocristales magnéticos. Actualmente ésta es la única forma de geolocalización que ha sido caracterizada por el mundo científico.
Todos los microorganismos sensibles al campo magnético descritos hasta ahora asocian la magnetorrecepción con sistemas sensoriales que detectan determinadas señales físico-químicas, gracias a las cuales pueden navegar hacia sustancias específicas (o alejarse de ellas). Este comportamiento de navegación se llama magnetotaxis y, hasta hace poco, sólo se observaba en bacterias magnetotácticas presentes en zonas con fuertes gradientes químicos como los sedimentos acuáticos. Al guiar su movimiento a lo largo de líneas verticales más que en tres dimensiones, su magnetismo les permite encontrar más fácilmente la zona en la que las condiciones son óptimas para su crecimiento. Sin embargo, los hallazgos del equipo del BIAM revelaron ya en 2019 que los protistas también habían adquirido esta capacidad mediante una estrategia singular. Algunos protistas flagelados adquirieron magnetotaxis asociándose con bacterias magnetotácticas unidas a su superficie, convirtiéndose en simbiontes indispensables durante la evolución. Este descubrimiento "reveló que la magnetotaxis se realizó colectivamente, con el huésped eucariota que permitía la natación y la percepción del entorno químico por un lado y los simbiontes bacterianos que producían las agujas magnéticas de tamaño nanométrico por el otro lado. Sin embargo, todavía no hemos descubierto cómo estos socios interactúan desde un punto de vista físico y cómo se forman las propiedades magnéticas”, explica Christopher Lefèvre, cocoordinador del estudio.
Cuando la microbiología se alía con la ciencia de materiales y las técnicas de imagen más avanzadas
El estudio de las interacciones de los sistemas vivos a escala microscópica sería aún inaccesible sin la interdisciplinariedad de científicos equipados con técnicas de investigación avanzadas. "Estudiar un sistema biológico ambiental como éste es difícil debido a su tamaño, poca abundancia y carencia de modelos. Supera los límites tecnológicos.", comenta Daniel Chevrier, investigador del CNRS en el BIAM. De hecho, los investigadores tuvieron que desplegar "un arsenal de técnicas y tecnologías", entre ellas la microscopía de rayos X con luz de sincrotrón en la línea de luz MISTRAL del Sincrotrón ALBA.
"Gracias a estas asociaciones científicas y tecnológicas, pudimos demostrar cómo las bacterias simbióticas logran optimizar el desplazamiento, la ultraestructura y las propiedades magnéticas de su huésped, desde la escala microscópica hasta la escala nanométrica", dice Chevrier. Así, el grupo de investigación pudo presentar de forma explícita y detallada las estructuras de membrana que aseguran la alineación longitudinal de las células entre ellas. También demostraron que las propiedades magnéticas de los cristales biomineralizados maximizan el momento magnético de cada simbionte y su huésped. "Sorprendentemente, estos resultados nos mostraron que la geolocalización no era el único beneficio de fabricar imanes, sino que era posible que estos nanoimanes pudieran desempeñar un papel en la fisiología de los microorganismos", añade Lefèvre. "Este es un buen ejemplo de un proyecto transversal que pone de manifiesto la importancia de los enfoques interdisciplinarios entre la ciencia de los materiales y las técnicas de imagen para entender mejor el funcionamiento de los organismos vivos", concluye Caroline Monteil, cocoordinadora de estudio.
Texto adaptado de la noticia original de CNRS
Referencia: Daniel M. Chevrier, Amélie Juhin, Nicolas Menguy, Romain Bolzoni, Paul E. D. Soto-Rodriguez, Mila Kojadinovic-Sirinelli, Greig A. Paterson, Rachid Belkhou, Wyn Williams, Fériel Skouri-Panet, Artemis Kosta, Hugo Le Guenno, Eva Pereiro, Damien Faivre, Karim Benzerara, Caroline L. Monteil, Christopher T.Lefevre. Collective magnetotaxis of microbial holobionts is optimized by the three-dimensional organization and magnetic properties of ectosymbionts. PNAS, Vol. 120, No. 10. doi/10.1073/pnas.2216975120
Con la colaboración de la Fundación Española para la Ciencia y la Tecnología. El Sincrotrón ALBA forma parte de la red de Unidades de Cultura Científica y de la Innovación (UCC+i) de la Fundación Española para la Ciencia y la Tecnología (FECYT) y ha recibido apoyo a través del proyecto FCT-21-17088.
