La producción de sideróforos como una forma de toma de decisiones en P. aeruginosa

Es común que los sistemas de adquisición de hierro basados en sideróforos en bacterias sean aparentemente redundantes, ya que cumplen la función de quelar hierro en ambientes donde está limitado y las bacterias pueden expresarlos en múltiples variantes. Aún no es claro cómo es la regulación diferencial o la «toma de decisiones» para elegir un sideróforo en particular en respuesta a la disponibilidad de hierro y las ventajas obtenidas a partir de las respuestas emitidas a nivel individual o de comunidad. Por ello, el trabajo realizado por Z. Dumas, A. Ross-Gillespie y R. Kümmerli se centró en estudiar por qué P. aeruginosa mantiene dos sistemas de adquisición de hierro basados ​​en sideróforos, la pioquelina y la pioverdina; además de probar si la disponibilidad de hierro es la señal ambiental que determina la elección de sideróforos.

Con este fin, llevaron a cabo una serie de experimentos en los que midieron la producción relativa de pioverdina y pioquelina en función del tipo de cepa, comparando la cepa WT con mutantes incapaces de sintetizar pioverdina o pioquelina. Las bacterias fueron sometidasa una variedad de condiciones ambientales en donde la concentraciónde hierrro era constante, pero alteraron la disponibilidad al manipular qué tan fuertemente se une el hierro en el medio ambiente (al alterar el pH y la fuerza de unión del quelante), y la tasa de absorción de hierro (al cambiar la temperatura). Con estos experimentos resolverían cuáles son los beneficios de tener uno o dos tipos de sideróforos en un ambiente fluctuante.

Para la segunda parte del trabajo resolvieron si la capacidad de producir dos sideróforos es más beneficiosa que tener un solo sistema de sideróforos en un entorno constante. Para esto, calcularon los costos de síntesis de los dos sideróforos mediante la recopilación de información sobre el número de genes y bloques de construcción involucrados. También, compararon la aptitud de las cepas de tipo WT (capaces de producir ambos sideróforos) versus cepas mutantes para la producción de uno u otro sideróforo en diferentes entornos constantes. Finalmente, utilizaron los datos de aptitud para realizar simulaciones in silico para investigar cómo es la dinámica competitiva entre los productores de pioverdina, pioquelina o ambos sideróforos en entornos con disponibilidad de hierro fluctuante al azar.

Dumas y colaboradores descubrieron que P. aeruginosa ajusta la producción de sideróforos en función de la disponibilidad del hierrro, si éste es severamente limitado produce pioverdina, en cambio, si es relativamente más accesible sintetiza pioquelina. Sugieren que la represión de la síntesis de pioquelina mediada por Fur (regulador global del consumo de hierro en bacterias) es menos estricta o sensible que para pioverdina. Ante las diferentes condiciones experimentales a las que sometieron a la bacterias, observaron que son capaces de producir tanto pioverdina como pioquelina en todos los entornos, tal vez como una forma de preparación ante cualquier cambio en las condiciones ambientales o bien por las funciones alternativas que pueden desempeñar los sideróforos. En poblaciones simuladas sembradas con proporciones iguales de las tres cepas, la WT superó significativamente a las otras dos cepas mutantes cuando las condiciones ambientales fluctuaron al azar. La idea de que la selección natural debe mantener diferentes sistemas de sideróforos en entornos fluctuantes tiene sentido, ya que la variabilidad ecológica espacial y temporal es una característica típica de la mayoría de los hábitats microbianos. Estas observaciones sobre la prevalencia de cepas que producen ambos sideróforos puede disminuir cuando el ambiente es menos propenso a cambios y / o está sesgado hacia algunas condiciones específicas.

Este trabajo resalta que los sideróforos pueden verse como una forma de toma de decisiones colectiva en respuesta a las condiciones ambientales prevalecientes, ya que son moléculas sintetizadas de manera indivual y al ser altamente difusibles pueden intervenir en la regulación positiva o negativa de los sistemas de señalización de toda una comunidad bacteriana.

Referencia:

Dumas, Z., Ross-Gillespie, A., & Kümmerli, R. (2013). Switching between apparently redundant iron-uptake mechanisms benefits bacteria in changeable environments. Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences, 280(1764), 20131055.