Hispanopedia WikiLa biostasis es la capacidad de un organismo de tolerar cambios ambientales sin tener que adaptarse activamente a ellos. La biostasis se encuentra en organismos que viven en hábitats que probablemente se enfrenten a condiciones de vida desfavorables, como sequía, temperaturas gélidas, cambios en los niveles de pH, presión o temperatura. Los insectos pasan por un tipo de letargo para sobrevivir a estas condiciones, llamado diapausa . La diapausa puede ser obligatoria para que estos insectos sobrevivan. El insecto también puede ser capaz de experimentar cambios antes de la llegada del evento iniciador. [1]
Microorganismos
En este contexto, la biostasis también es sinónimo de estado viable pero no cultivable . En el pasado [ ¿cuándo? ], cuando las bacterias ya no crecían en medios de cultivo, se suponía que estaban muertas. Ahora podemos entender que hay muchos casos en los que las células bacterianas pueden entrar en biostasis o animación suspendida, no crecer en medios y, al ser resucitadas, volver a ser cultivables. El estado VBNC difiere del "estado de supervivencia por inanición" (en el que una célula simplemente reduce significativamente su metabolismo ). Las células bacterianas pueden entrar en el estado VBNC como resultado de algún factor estresante externo, como "inanición, incubación fuera del rango de temperatura de crecimiento, concentraciones osmóticas elevadas (agua de mar), concentraciones de oxígeno o exposición a luz blanca". Cualquiera de estos casos podría significar muy fácilmente la muerte de las bacterias si no pudieran entrar en este estado de latencia. También se ha observado que en muchos casos se pensó que las bacterias habían sido destruidas ( pasteurización de la leche) y luego causaron el deterioro o efectos nocivos para los consumidores porque las bacterias habían entrado en el estado VBNC.
Los efectos sobre las células que entran en el estado VBNC incluyen "empequeñecimiento, cambios en la actividad metabólica, reducción del transporte de nutrientes, tasas de respiración y síntesis macromolecular". Sin embargo, la biosíntesis continúa y se producen proteínas de choque. Lo más importante es que se ha observado que los niveles de ATP y la generación siguen siendo altos, completamente al contrario de lo que ocurre con las células moribundas, que muestran una rápida disminución en la generación y la retención. También se han observado cambios en las paredes celulares de las bacterias en el estado VBNC. En Escherichia coli se observó una gran cantidad de enlaces cruzados en el peptidoglicano. También se observó que la capacidad autolítica era mucho mayor en las células VBNC que en las que estaban en el estado de crecimiento.
Es mucho más fácil inducir a las bacterias al estado VBNC y una vez que las células bacterianas han entrado en el estado VBNC es muy difícil devolverlas a un estado cultivable. "Examinaron la no capacidad de cultivo y la reanimación en Legionella pneumophila y, si bien la entrada en este estado se inducía fácilmente mediante la privación de nutrientes, la reanimación solo se pudo demostrar tras la co-incubación de las células VBNC con la ameba , Acanthamoeba Castellani ".
Fungistasis o micostasis es un estado VBNC (viable pero no cultivable) que se produce de forma natural en los hongos del suelo. Watson y Ford definieron la fungistasis como "cuando los propágulos fúngicos viables, que no están sujetos a latencia endógena o constitutiva, no germinan en el suelo en sus condiciones favorables de temperatura o humedad, o el crecimiento de las hifas fúngicas se retrasa o se detiene por condiciones del entorno del suelo distintas de la temperatura o la humedad". Esencialmente (y en su mayoría se observa que ocurre de forma natural en el suelo), se ha descubierto que varios tipos de hongos entran en el estado VBNC como resultado de factores estresantes externos (temperatura, nutrientes disponibles, disponibilidad de oxígeno, etc.) o de ningún factor estresante observable.
Investigación actual
El 1 de marzo de 2018, la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa (DARPA) anunció su nuevo programa Biostasis bajo la dirección del Dr. Tristan McClure-Begley. El objetivo del programa Biostasis es desarrollar nuevas posibilidades para extender la hora dorada en pacientes que sufrieron una lesión traumática al desacelerar el cuerpo humano a nivel celular, abordando la necesidad de tiempo adicional en sistemas biológicos en funcionamiento continuo que enfrentan eventos catastróficos y potencialmente mortales. Aprovechando la biología molecular, el programa apunta a controlar la velocidad a la que operan los sistemas vivos y descubrir una manera de "ralentizar la vida para salvarla". [2]
El 20 de marzo de 2018, el equipo de Biostasis realizó un seminario web en el que, junto con un anuncio de la Agencia General (BAA), se solicitaron propuestas de investigación a cinco años de organizaciones externas. Las propuestas completas debían presentarse el 22 de mayo de 2018. [3]
Posibles enfoques
En su seminario web , DARPA describió una serie de posibles enfoques de investigación para el proyecto Biostasis. Estos enfoques se basan en la investigación sobre la diapausa en tardígrados y ranas de bosque que sugiere que la estabilización selectiva de la maquinaria intracelular ocurre a nivel de proteínas . [2]
Acompañamiento de proteínas
En biología molecular, las chaperonas moleculares son proteínas que ayudan en el plegamiento, despliegue, ensamblaje o desmontaje de otras estructuras macromoleculares . En condiciones típicas, las chaperonas moleculares facilitan cambios en la forma ( cambio conformacional ) de las macromoléculas en respuesta a cambios en factores ambientales como la temperatura , el pH y el voltaje . Al reducir la flexibilidad conformacional, los científicos pueden restringir la función de ciertas proteínas. [3] Investigaciones recientes han demostrado que las proteínas son promiscuas, o capaces de realizar trabajos además de los que evolucionaron para llevar a cabo. [4] Además, la promiscuidad de las proteínas juega un papel clave en la adaptación de las especies a nuevos entornos. [4] Es posible que encontrar una forma de controlar el cambio conformacional en proteínas promiscuas podría permitir a los científicos inducir la biostasis en organismos vivos. [3]
Hacinamiento intracelular
El hacinamiento de las células es un aspecto crítico de los sistemas biológicos. [5] El hacinamiento intracelular se refiere al hecho de que la función de las proteínas y la interacción con el agua se ven restringidas cuando el interior de la célula está superpoblado. [3] Los orgánulos intracelulares son vesículas unidas a membranas o compartimentos sin membranas que compartimentan la célula y permiten el control espaciotemporal de las reacciones biológicas. [6] Al introducir estos polímeros intracelulares en un sistema biológico y manipular el hacinamiento de una célula, los científicos pueden ser capaces de reducir la velocidad de las reacciones biológicas en el sistema.
Proteínas desordenadas de los tardígrados
Los tardígrados son animales microscópicos capaces de entrar en un estado de diapausa y sobrevivir a una notable variedad de factores estresantes ambientales, incluyendo la congelación y la desecación . [1] La investigación ha demostrado que las proteínas intrínsecamente desordenadas en estos organismos pueden funcionar para estabilizar la función celular y proteger contra estos factores estresantes ambientales extremos. [7] Al utilizar la ingeniería de péptidos , es posible que los científicos puedan introducir proteínas intrínsecamente desordenadas en los sistemas biológicos de organismos animales más grandes. [3] Esto podría permitir que los animales más grandes entren en un estado de biostasis similar al de los tardígrados bajo estrés biológico extremo.
Referencias
- ^ de Karen Lindahl y Susie Balser (2 de octubre de 1999). «Tardigrade Facts». Universidad Wesleyana de Illinois . Consultado el 14 de septiembre de 2016 .
- ^ ab "Retrasar el tiempo biológico para extender la hora dorada de los tratamientos que salvan vidas". www.darpa.mil . Consultado el 21 de mayo de 2018 .
- ^ abcde "Evaluación rápida de amenazas (RTA)" (PDF) . www.darpa.mil . Archivado (PDF) del original el 2022-10-09 . Consultado el 2018-05-21 .
- ^ Universidad de Massey. "La proteína 'promiscua'". ScienceAlert . Consultado el 26 de mayo de 2018 .
- ^ "Cómo el hacinamiento intracelular lo cambia todo". WIRED . Consultado el 26 de mayo de 2018 .
- ^ Brangwynne, Clifford P.; Tompa, Peter; Pappu, Rohit V. (3 de noviembre de 2015). "Física de polímeros de transiciones de fase intracelulares". Nature Physics . 11 (11): 899–904. Código Bibliográfico :2015NatPh..11..899B. doi :10.1038/nphys3532. ISSN 1745-2473.
- ^ Boothby, Thomas C.; Tapia, Hugo; Brozena, Alexandra H.; Piszkiewicz, Samantha; Smith, Austin E.; Giovannini, Ilaria; Rebecchi, Lorena; Pielak, Gary J .; Koshland, Doug (2017). "Los tardígrados utilizan proteínas intrínsecamente desordenadas para sobrevivir a la desecación". Molecular Cell . 65 (6): 975–984.e5. doi :10.1016/j.molcel.2017.02.018. ISSN 1097-2765. PMC 5987194 . PMID 28306513.
- Oliver, James D. "El estado viable pero no cultivable en bacterias". The Journal of Microbiology 43.1 (2005): 93-100.
- Fungistasis y biostasis general del suelo Una nueva síntesis Paolina Garbeva, WH Gera Holb, Aad J. Termorshuizenc, George A. Kowalchuka, Wietse de Boer
- Watson, AG, Ford EJ 1972 Fungistasis del suelo: una reevaluación. Revisión anual de fitopatología 10, 327.