Mecanismos moleculares de adaptación a los cambios de temperatura en la bacteria antártica "Shewanella frigidimarina"

Zusammenfassung

Para el mejor conocimiento acerca de los límites de la vida estudiamos el modo en que los organismos extremófilos se han adaptado a las diferentes condiciones del medio. Un microorganismo extremófilo es aquel capaz de vivir y desarrollarse en ambientes con condiciones extremas de salinidad, radiación, temperatura, acidez, presión, etc.La temperatura es uno de los factores más limitantes para la vida. La vida a bajas temperaturas supone un rato para las células, que han de hacer frente a la disminución de actividad enzimática, difusión de solutos, cambios en la fluidez membranal, conformación de macromoléculas y decremento de procesos de traducción y replicación.Los psicrófilos son organismos que se han adaptado de manera satisfactoria a estos ambientes fríos. Las estrategias, a nivel molecular, empleadas por ellos están muy relacionadas con la proteínas chaperonas que conforman el control de calidad de la maquinaria celular regulando la conformación y actividad de otras proteínas. Dentro de este grupo se encuentran las proteínas de choque térmico (Hsp), que son las más abundantes y activas y cuyos principales representantes con miembros de las subfamilias Hsp70 (DnaK) y Hsp60 (GroEL). Estas Hsps pliegan de manera correcta a proteínas que están siendo sintetizadas y a proteínas desnaturalizadas, responden frente a diferentes tipos de estrés y coordinan complejos macromoleculares.Para el estudio de la contribución del genoma y el ambiente en la adaptación a la temperatura se comparan las estrategias empleadas por la bacteria antártica Shewanella frigidimarina con una mesófila del mismo género Shewanella oneidensis y otra también psicrófila procedente del mismo ambiente que la primera pero de otro género, Psychrobacter frigidicola.Se cultivaron las tres especies a diferentes temperaturas decidiéndose la comparación de las temperaturas de 4 y 30 grados centígrados para el resto de experimentos. Así, se realizaron estudios de crecimiento ambas temperaturas; cuantificación relativa de expresión génica de las Hsp Dnak, GroEL, GroES y DnaJ en las dos Shewanellas por PCR cuantitativa a tiempo real; inmunodetección de las mismas chaperonas en las tres especies; estudios de expresión diferencial de proteínas (2D-DIGE) del proteoma total e inmunoprecipitación con anticuerpos frente a DnaK y GroEL y separación posterior por electroforesis bidimensional clásica (2DE).A pesar de que las tres bacterias poseen diferentes temperaturas óptimas de crecimiento el desarrollo a 30ºC supone una situación de estrés generalizada en la que se induce la expresión de proteínas chaperonas y de respuesta a estrés térmico y oxidativo. Además, en las psicrófilas a 4 grados centrígrados también aumentan las proteínas antioxidantes.La maquinaria molecular implicada en la adaptación a la temperatura es más compleja en S. oneidensis, algo más sencilla en S. frigidimarina y tiende a simplificarse en P. frigidicola.En relación a los complejos macromoleculares formados por DnaK y GroEL S. oneidensis los establece bajo condiciones de temperatura entre moderadas y bajas. Todo lo contrario ocurre en P. frigidicola que forma estos complejos frente al desarrollo a altas temperaturas. Mientras que S. frigidimarina que, a diferencia de las otras dos bacterias estudiadas, posee un mecanismo de adaptación a los cambios de temperatura regulado preferencialmente de manera post-traduccional, muestra mayor versatilidad en la formación de estos complejos estableciéndolos a lo largo de un rango de temperaturas más amplio.