La composición molecular de los productos secretados y la disponibilidad de recursos determinan los comportamientos sociales entre bacterias
Las células bacterianas deben priorizar entre el crecimiento celular o las funciones cooperativas para superar condiciones limitantes de nutrientes. El comportamiento cooperativo generalmente proporciona beneficios a la comunidad, sin embargo el costo para los productores de bienes colectivos varía sustancialmente en diferentes contextos.
Un ejemplo que sigue las características anteriormente descritas es la disponibilidad del Fe en aguas subterráneas. El Fe es un elemento limitado para las bacterias, no sólo por sus características fisicoquímicas, sino que las corrientes del agua hacen que su concentración fluctúe. Por esto y otras características más que afectan la biodisponibilidad, las bacterias secretan agentes quelantes de Fe llamados sideróforos, que representan un costo para la célula dependiente de la disponibilidad de carbono y nitrógeno. La producción de sideróforos es un rasgo cooperativo entre comunidades bacterianas productoras y no productoras, que está también relacionada a la estructura del hábitat y la durabilidad de estos agentes quelantes.
Por este y otros ejemplos más, es que el trabajo de Sexton y Schuster explora los efectos de la limitación de nutrientes en uno de los modelos microbianos más prominentes, que es Pseudomonas aeruginosa y la adquisición de hierro a través de moléculas de pioverdina (PVD), destacando la importancia del contexto ecofisiológico para la evolución y el mantenimiento del comportamiento cooperativo.
Para ello, combinaron modelos metabólicos con experimentos de cultivo para demostrar que el nutriente limitante del crecimiento impacta profundamente los costos de aptitud y la estabilidad de la secreción de PVD en P. aeruginosa. Inicialmente, identificaron todas las reacciones bioquímicas conocidas involucradas en la producción de PVD y evaluaron sus costos metabólicos. También modelaron el crecimiento bacteriano y la secreción de PVD en condiciones aeróbicas, con glucosa como única fuente de C y otros macronutrientes para probar que el aumento de la proucción de PVD reduce la producción de biomasa y viceversa. Sin embargo, encontraron que este es el caso en condiciones limitantes de C o N, debido a que son los componentes básicos de la PVD.
También sus resultados apuntan a que la naturaleza del nutriente limitante es lo que lo define como determinante clave en la compensación entre crecimiento y secreción. Posteriormente, probaron de manera experimental el modelo metabólico y compararon la aptitud de una cepa productora de PVD con una cepa no productora cuando diferentes nutrientes limitan el crecimiento. Para esto, realizaron experimentos de cultivo por lote y en quimiostato limitando el suministro de C y P, para probar el costo de la producción de PVD cuando un elemento básico de síntesis y los fosfatos de alta energía para producir y secretar una molécula de PVD son limitados.
Lo que observaron es que la composición molecular de un producto secretado determina el costo de adecuidad y la dinámica del cooperador-tramposo y varía de acuerdo a la disponibilidad de los recursos. Cuando C o N limitan el crecimiento, la producción de PVD compite con la síntesis de biomasa celular por el mismo recurso. También mostraron que los no productores de pioverdina tienen ventaja en el cocultivo con productores y se propagan a alta frecuencia cuando están limitados por el C, pero no cuando están limitados por el P.
Este trabajo resalta la posibilidad dehacer predicciones en el contexto ecofisiológico de comunidades bacterianas al combinar el conocimiento sobre la composición de un producto secretado con la disponibilidad de nutrientes en un hábitat específico.
Referencia:
Sexton, D. J., & Schuster, M. (2017). Nutrient limitation determines the fitness of cheaters in bacterial siderophore cooperation. Nature communications, 8(1), 1-8.
