20 marzo, 2012

Plásmidos en el rumen bovino favorecen su función

Al igual que la microbiota, están estrechamente relacionados con el nicho ecológico.

rumiante

Los mamíferos somos incapaces de vivir con una dieta compuesta exclusivamente por plantas, simplemente no tenemos las enzimas necesarias para poder romper y degradar las fibras vegetales para poder asimilarlas. Sin embargo, existen muchos animales que si pueden hacerlo, los más conocidos son los rumiantes.

Estos animales tienen un sistema digestivo compuesto de cuatro compartimientos: el rumen, el retículo, el omaso y el abomaso. Los dos primeros forman una única cavidad llamada retículo-rumen y es donde habitan un gran número de bacterias —de 10 mil a 100 mil millones por cada mililitro— que le dan a los rumiantes la habilidad de convertir la indigerible materia vegetal en productos asimilables.

Pero donde hay bacterias es muy probable que también hayan plásmidos —unas pequeñas secuencias de ADN con la capacidad de autoreplicarse. Los plásmidos también cargan información relevante, por ejemplo: genes de virulencia, genes de resistencia a antibióticos, genes que codifican enzimas para degradar moléculas complejas, etc. Y por si fuera poco, los plásmidos pueden introducirse en cualquier bacteria, sin importar la especie de la cual proceden. Esto es una ventaja evolutiva para las bacterias porque pueden intercambiar material genético entre especies completamente diferentes en un proceso conocido como Transferencia Horizontal de Genes (THG).

Los plásmidos han sido encontrados en gran abundancia en hábitats donde hay una gran cantidad de comunidades bacterianas diferentes, por ejemplo: en nuestro tracto digestivo. Si tan sólo nos imagináramos como es este caótico lugar no sería tan diferente a un mercado negro de armas del medio oriente, donde las bacterias intercambian genes a diestra y siniestra unos con otros sin control alguno.

En vista que los plásmidos cargan genes con funciones accesorias, podrían contribuir con la diversidad fenotípica del hospedero, o sea, favorecerlo para que pueda realizar funciones que normalmente no podría realizar, por ejemplo: la de degradar el material vegetal de la dieta. Pero Entonces ¿será que las funciones accesorias de los plásmidos presentes en un determinado hábitat depende del nicho ecológico?

Un grupo de investigadores israelíes sugiere que sí porque al analizar y caracterizar la población total de plásmidos del rumen bovino observaron que estos codificaban enzimas importantes para realizar funciones que se encuentran enriquecidas en este ambiente, como aquellas que permiten el transporte de azúcares a través de las paredes celulares de las bacterias. El estudio fue publicado el 19 de Marzo en PNAS.

Lo primero que hicieron el Dr. Itzhak Mizrahi, autor principal del estudio, y sus colegas fue colectar medio litro del contenido del rumen de 16 vacas, una hora después de haber sido alimentadas. Luego sometieron las muestras a un tratamiento con una enzima que degrada sólo el ADN cromosómico quedando los plásmidos libres para ser secuenciados. Finalmente compararon las secuencias del “plasmidoma” (nombre que hace referencia a todos los plásmidos hallados en el rumen) con las bases de datos de plásmidos para determinar su origen.

La mayor parte de las 34 millones de secuencias de plásmidos obtenidos del rumen eran de origen bacteriano: Firmicutes (47%), Bacteroidetes (22%) y Proteobacteria (20%). Sin embargo, estos valores no coincidían precisamente con las proporciones de bacterias halladas en las mismas muestras: Firmicutes (44%), Bacteroidetes (50%) y Proteobacteria (5%). La explicación podría ser que las Proteobacterias cargan más plásmidos que los Bacteroidetes o que los plásmidos de este último grupo están poco representados en las bases de datos.

Por otro lado, muchas de las secuencias del plasmidoma coincidieron perfectamente con las secuencias de plásmidos aislados anteriormente de otros rumiantes, lo que indicaría que no sólo las bacterias que comparten un mismo nicho ecológico son similares, sino también los plásmidos. Además, las funciones que codifican estos plásmidos se encuentran enriquecidas en el rumen bovino, por ejemplo: enzimas para transportar los azúcares complejos generados por la degradación de la fibra vegetal, síntesis de cofactores y vitaminas, metabolismo de proteínas y aminoácidos, entre otras.

Toda esta gama de genes disponibles libremente le permiten a las bacterias del rumen evolucionar y adaptarse a este nicho ecológico, favoreciendo al animal hospedero quien se beneficiará de un mejor aprovechamiento de los nutrientes presentes en la materia vegetal. Sin embargo, aún queda una pregunta clave por resolver: ¿cómo se hereda el plasmidoma?


Referencia:

ResearchBlogging.orgBrown Kav, A., Sasson, G., Jami, E., Doron-Faigenboim, A., Benhar, I., & Mizrahi, I. (2012). Insights into the bovine rumen plasmidome Proceedings of the National Academy of Sciences DOI: 10.1073/pnas.1116410109

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