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Acinetobacter baylyi

A. baylyi bajo un ocular de 10x y un objetivo de 100x con tinción de cristal violeta. Acinetobacter baylyi es una especie bacteriana del género Acinetobacter . La designación de...

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A. baylyi bajo un ocular de 10x y un objetivo de 100x con tinción de cristal violeta.

Acinetobacter baylyi es una especie bacteriana del género Acinetobacter . La designación de especie se dio después de la caracterización de cepas aisladas de lodos activados en Victoria, Australia, en 2003. [ 1 ] A. baylyi recibe su nombre en honor al difunto Dr. Ronald Bayly, un microbiólogo australiano que contribuyó significativamente a la investigación sobre el catabolismo de compuestos aromáticos en diversas bacterias. La nueva designación de especie, en 2003, se encontró que se aplicaba a una cepa de Acinetobacter ya bien estudiada conocida como ADP1 (anteriormente conocida como BD413), un derivado de un aislado de suelo caracterizado en 1969. [ 2 ] Durante mucho tiempo, la taxonomía de las especies de Acinetobacter fue complicada por la falta de rasgos distintivos. La cepa ADP1 fue clasificada durante mucho tiempo como Acinetobacter calcoaceticus y posteriormente se la denominó sin nombre de especie ( Acinetobacter sp. ). La investigación, particularmente en el campo de la genética y el catabolismo de compuestos aromáticos, estableció a A. baylyi como un organismo modelo . [ 3 ] [ 4 ]

Acinetobacter baylyi es un cocobacilo gramnegativo inmóvil . Crece en condiciones estrictamente aerobias, es catalasa positivo, nitrato negativo, oxidasa negativo y no fermentador. [ 5 ] [ 6 ] La especie es naturalmente competente , lo que significa que la bacteria puede incorporar ADN exógeno de su entorno. Si existe suficiente identidad de secuencia entre el ADN transformante y el genoma del receptor, el ADN extraño se integrará en el cromosoma por reemplazo alélico. [ 7 ] Los procesos de transformación natural y recombinación homóloga son increíblemente eficientes en A. baylyi en comparación con todos los microbios estudiados, lo que contribuye a su utilidad experimental. [ 8 ] Existen numerosas aplicaciones biotecnológicas para A. baylyi, como la producción de fuentes de combustible y productos químicos alternativos, actuando como huésped para biosensores para monitorear la presencia de compuestos importantes y ayudando en la degradación de contaminantes. [ 9 ] [ 10 ] [ 11 ]

Genética

Una característica importante de A. baylyi es su capacidad de incorporar ADN libre del ambiente mediante transformación natural . Un mecanismo que incorpora ADN exógeno a su genoma. [ 7 ] El genoma de A. baylyi ha sido secuenciado completamente, y aproximadamente el 35% de A. baylyiLa secuencia del genoma de A. baylyi codifica proteínas que contribuyen a la transformación y recombinación. [ 12 ] Si existen secuencias complementarias aguas arriba y aguas abajo del ADN exógeno, A. baylyi puede realizar la recombinación . Este mecanismo depende en gran medida del sistema de reparación de roturas de la cadena de ADN de A. baylyi para asegurar el éxito del intercambio de secuencias de ADN. [ 13 ] La capacidad de A. baylyi para incorporar ADN del entorno puede haber evolucionado porque proporciona beneficios para la supervivencia. [ 14 ] Esto también convierte a A. baylyi en un microbio ideal para experimentos de laboratorio. [ 7 ] Se han recolectado múltiples mutaciones de deleción de un solo gen en genes prescindibles de la cepa ADP1. Con el conocimiento de la secuencia completa del genoma y los mutantes, los científicos pueden predecir cómo funcionará la cepa ADP1 en diferentes situaciones, lo que amplía la capacidad de la cepa para aplicaciones industriales y ambientales. [ 15 ]

A. baylyi, al igual que otros organismos, puede sufrir mutaciones de duplicación y amplificación génica (GDA). Estas mutaciones GDA, que son una forma de mutaciones espontáneas que dan lugar a copias de genes en el genoma, son importantes para procesos clave como la evolución, las enfermedades, el cáncer y la resistencia a los antibióticos. Sin embargo, este tipo de mutación es difícil de estudiar. El sistema de transformación natural de A. baylyi proporciona un método único para estudiar las mutaciones GDA, lo que lo convierte en un sistema modelo para comprender este tipo de proceso genético. [ 16 ] [ 17 ] [ 18 ]

Transferencia horizontal de genes y estructura de la superficie celular

A. baylyi es una bacteria inmóvil que carece de flagelos. Sin embargo, posee pili de tipo IV (T4P) que intervienen en diversas funciones celulares, como la secreción de proteínas, la detección de superficies y la transferencia horizontal de genes (THG) . El T4P de A. baylyi ha sido objeto de estudios recientes y se ha descrito su dependencia de los motores PilB y TfpB. [ 19 ]

Además , la capacidad de A. baylyi para realizar HGT puede verse facilitada por la presencia de vesículas de membrana externa (OMV). Las OMV se producen mediante vesiculación , que consiste en la dilatación de la membrana externa seguida de la constricción y liberación de pequeñas estructuras esféricas de la bacteria. Estas vesículas están compuestas por diversos componentes periplásmicos, como proteínas, lípidos e información genética. Las OMV desempeñan un papel importante en la comunicación intracelular, la virulencia/defensas bacterianas y las adaptaciones a los cambios ambientales. Las OMV liberadas por A. baylyi ofrecen un tipo de transferencia genética que no es susceptible a la degradación por nucleasas . Sin embargo, los factores de estrés ambiental pueden afectar la eficiencia de estas OMV, incluyendo la cantidad de vesículas liberadas, el contenido genético y la capacidad de HGT. [ 20 ]

Las cepas de A. baylyi también se han asociado con la adhesión bacteriana y la formación de biopelículas . [ 21 ] Las biopelículas surgen de la agregación de células microbianas superficiales envueltas dentro de una matriz de sustancias poliméricas extracelulares. [ 22 ] Las biopelículas de especies de Acinetobacter pueden variar en fuerza de adhesión y grosor. Acinetobacter baumannii es la especie más comúnmente asociada con enfermedades infecciosas, incluyendo fibrosis quística e infecciones del tracto urinario , debido a su capacidad de adherirse a dispositivos médicos compuestos de plástico o vidrio. Se ha descubierto que los genes de biogénesis de fimbrias y las supuestas proteínas de superficie pueden ser importantes para la formación de biopelículas dentro de las especies de Acinetobacter . [ 5 ]

Metabolismo

A. baylyi se ha utilizado para estudiar muchas vías bioquímicas, ya que es metabólicamente versátil, crece rápidamente y se cultiva fácilmente. [ 7 ] A. baylyi se puede cultivar en medios que contienen diversas fuentes de carbono como succinato, piruvato, acetato, etanol y muchos compuestos aromáticos . [ 23 ] A. baylyi es omnipresente en la naturaleza y se encuentra en una amplia variedad de ambientes terrestres y acuáticos. [ 1 ] Los sustratos de crecimiento orgánicos se oxidan a compuestos que pueden ingresar al ciclo del ácido cítrico , también conocido como ciclo del ácido tricarboxílico (TCA). A. baylyiSe secuenció el genoma de y se anotaron sus genes para describir con mayor detalle sus propiedades metabólicas, lo que facilita su capacidad para actuar como modelo en estudios metabólicos. [ 24 ]

A. baylyi ha sido durante mucho tiempo un organismo modelo para estudiar el consumo microbiano de estos compuestos. Los compuestos aromáticos se catabolizan a través de la vía del β-cetoadipato, una vía por la cual muchos compuestos aromáticos diferentes se convierten en catecol o protocatecuato , que sirven como sustratos para una dioxigenasa de apertura de anillo aromático . Vías paralelas de múltiples pasos producen succinil-CoA y acetil-CoA después de la ruptura del anillo de catecol o protocatecuato. [ 25 ] [ 26 ]

La bacteria carece de un sistema de fosfotransferasa de azúcares (PTS) para la captación y fosforilación de glucosa, y de piruvato quinasa , una enzima vital en la glucólisis que produce piruvato a partir de fosfoenolpiruvato . [ 25 ] [ 27 ] [ 23 ] [ 28 ] Cuando la glucosa está fácilmente disponible, A. baylyi puede metabolizarla oxidándola primero a gluconato, que luego ingresa a la vía de Entner-Doudoroff . Sin piruvato quinasa, A. baylyi puede producir piruvato a partir de la escisión de 2-ceto-3-desoxi-6-fosfogluconato . Se produce piruvato adicional a partir de la conversión enzimática de fosfoenolpiruvato a oxalacetato, luego a malato y luego a piruvato. [ 27 ]

A diferencia de otras bacterias que pueden utilizar predominantemente L-aminoácidos , A. baylyi puede utilizar D-aspartato , así como L-aspartato , como fuente primaria de carbono y nitrógeno, lo que ha llevado a los científicos a estudiar cómo se pueden utilizar los D- enantiómeros para el crecimiento bacteriano. [ 29 ]

A. baylyi utiliza arginina intracelular para producir una alternativa biodegradable a los plásticos derivados del petróleo, conocida como ácido poliaspártico . A. baylyi utiliza arginina para producir primero polipéptidos de cianoficina , una fuente transitoria de nitrógeno, que luego puede convertirse en ácido poliaspártico . [ 7 ] [ 30 ] La cianoficina se forma predominantemente cuando las fuentes de nitrógeno son bajas, y el nitrógeno es liberado por la cianoficinasa cuando el nitrógeno ambiental es limitado. [ 30 ]

Aplicaciones

Acinetobacter baylyi , un microorganismo del suelo altamente adaptable, aislado de diversos entornos como suelos contaminados con petróleo, aguas de río, lodos activados y biomasa lignocelulósica, puede sobrevivir en ambientes contaminados, degradar compuestos aromáticos y sustratos alifáticos, realizar transferencia horizontal de genes (THG) y sufrir modificación genética, lo que lo convierte en una herramienta versátil en la remediación ambiental, la biotecnología y la biología sintética. [ 1 ]

A. baylyi es un organismo modelo en biotecnología debido a su competencia natural para la transformación del ADN y su capacidad para producir compuestos de valor añadido. Por ejemplo, esta bacteria demuestra potencial para la bioconversión de lignina, transformando este complejo polímero vegetal en valiosos biocombustibles y bioproductos, contribuyendo así a la utilización sostenible de los recursos. Entre los compuestos útiles que puede producir A. baylyi se incluyen los triacilgliceroles (TAG) y los ésteres de cera, compuestos esenciales para industrias como la cosmética, la oleoquímica y la de biocombustibles. Las modificaciones genéticas mejoran su eficiencia en entornos ricos en nitrógeno, redirigiendo el flujo de carbono para producir TAG y ésteres de cera. [ 4 ]

Otro compuesto producido por A. baylyi que tiene valor comercial es el emulsano, un biosurfactante eficaz para mezclarse con sustancias hidrofóbicas como el petróleo. El emulsano reduce la viscosidad del petróleo, facilitando los procesos de transporte y degradación, y tiene aplicaciones en la limpieza y la gestión de petróleos industriales. Sus propiedades no tóxicas lo convierten en una alternativa ideal a los surfactantes sintéticos para la remediación ambiental de derrames de petróleo y el tratamiento de otras formas de contaminación ambiental. [ 2 ]

A. baylyi se ha desarrollado como un sofisticado detector de ADN tumoral. Se ha utilizado como biosensor para secuencias y mutaciones de ADN. A. baylyi puede integrar ADN característico de células y tumores de cáncer colorrectal (CCR). A. baylyi se diseñó mediante transferencia horizontal de genes discriminada por CRISPR (CATCH). Esta innovadora aplicación no requiere casetes donantes para la detección y ofrece un marco modular para la detección de secuencias de ADN específicas, incluidas mutaciones oncogénicas. Los biosensores tienen potencial para diagnósticos no invasivos, proporcionando una alternativa viable a procedimientos invasivos como las colonoscopias. [ 31 ] Aunque aún no están listos para uso clínico, estos biosensores demuestran ventajas sobre el análisis de ADN in vitro tradicional al capturar y preservar el ADN in situ, evitando la degradación por las DNasas gastrointestinales. Los desarrollos futuros buscan mejorar su relación señal-ruido y optimizar la biocontención para minimizar riesgos como la propagación de la resistencia a los antibióticos. Además, la capacidad de combinar la detección de ADN con sistemas de administración terapéutica, como nanobodies y péptidos, presenta posibilidades prometedoras para el manejo de enfermedades. [ 5 ]

Las capacidades de transformación natural de A. baylyi se han utilizado para monitorear la contaminación ambiental mediante biosensores diseñados que responden a contaminantes específicos con bioluminiscencia. Estos biosensores pueden detectar contaminantes en tiempo real, lo que permite el seguimiento de los procesos de degradación en el suelo y el agua. Esta aplicación resalta el potencial de A. baylyi como una poderosa herramienta para el monitoreo ecológico y la remediación ambiental. [ 5 ]

De manera similar, la transformación natural contribuye al uso de A. baylyi para detectar genes de resistencia a antibióticos adquiridos mediante transferencia horizontal de genes. Investigaciones en plantas de lechuga revelaron que A. baylyi puede incorporar y transferir genes de resistencia desde la superficie de la planta a los tejidos internos. Estos hallazgos resaltan su utilidad como organismo modelo para estudiar la transferencia de genes en sistemas agrícolas y ambientales y sus posibles implicaciones para el manejo de la resistencia a los antibióticos. [ 7 ]

Referencias

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