Mecanismos moleculares de adaptación a los cambios de temperatura en la bacteria antártica «Shewanella frigidimarina»

Laura García Descalzo

Departamento de Evolución Molecular

Año 2014

La vida a bajas temperaturas supone un reto para las células, que han de hacer frente a la disminución de actividad enzimática, difusión de solutos, cambios en la fluidez membranal, conformación de macromoléculas y decremento de procesos de traducción y replicación.

Los psicrófilos son organismos extremófilos que se han adaptado de manera satisfactoria a los ambientes fríos. Las estrategias, a nivel molecular, empleadas por ellos están muy relacionadas con la proteínas chaperonas que conforman el control de calidad de la maquinaria celular regulando la conformación y actividad de otras proteínas. En este grupo, las proteínas de choque térmico (Hsp) son las más abundantes y activas cuyos principales representantes son miembros de las subfamilias Hsp70 (DnaK) y Hsp60 (GroEL). Estas Hsps pliegan de manera correcta a proteínas que están siendo sintetizadas y a proteínas desnaturalizadas, responden frente a diferentes tipos de estrés y coordinan complejos macromoleculares.

Para el estudio de la contribución del genoma y el ambiente en la adaptación a la temperatura este trabajo compara las estrategias empleadas por la bacteria antártica Shewanella frigidimarina con una mesófila del mismo género Shewanella oneidensis y otra psicrófila procedente del mismo ambiente pero de otro género, Psychrobacter frigidicola.

A partir de cultivos de las tres especies a diferentes temperaturas se realizaron estudios de crecimiento, cuantificación relativa de ARNm por PCR cuantitativa a tiempo real e inmunodetección de las Hsps Dnak, GroEL, GroES y DnaJ, estudios de expresión diferencial de proteínas (2D-DIGE) del proteoma total e inmunoprecipitación con anticuerpos frente a DnaK y GroEL con posterior separación por electroforesis bidimensional clásica (2DE).

A pesar de que las tres bacterias poseen diferentes temperaturas óptimas de crecimiento el desarrollo a 30ºC supone una situación de estrés generalizada en la que se induce la expresión de proteínas chaperonas y de respuesta a estrés térmico y oxidativo. Además, en las psicrófilas a 4ºC también aumentan las proteínas antioxidantes. La maquinaria molecular implicada en la adaptación a la temperatura es más compleja en S. oneidensis, algo más sencilla en S. frigidimarina y tiende a simplificarse en P. frigidicola. La bacteria S. frigidimarina, a diferencia de las otras dos especies estudiadas, posee un mecanismo de adaptación a los cambios de temperatura regulado preferencialmente de manera post-traduccional y muestra mayor versatilidad en la formación de complejos macromoleculares coordinados por DnaK y GroEL estableciéndolos a lo largo de un  rango de temperaturas más amplio.

EN

The goal of knowing more about the limits of life drives us to aim in the study of extremophiles. Microorganisms known as extremophiles are those able to live and grow under extreme conditions of salinity, radiation, temperature or acidity. Among these factors temperature is one of the most limiting for life because it affects many processes and structures in the cell. Psycrophiles are extremophiles adapted to live in cold environments. They have to performed strategies to cope with these low temperatures in order to adapt to the environment. These strategies at a molecular level are strongly related with chaperone proteins which lead the quality control of the cell and regulate functions and conformation of other proteins.

Belonging to this superfamily of chaperones, heat shock proteins (Hsp) are the most active and numerous group. And its main members belong to subfamily Hsp70 (DnaK) and to subfamily Hsp60 (GroEL). One of the most important roles of these proteins is the refolding of newly synthesized and denaturalized proteins as well as the response to different types of cellular stress and formation of macromolecular complexes.

In this study, we wanted to elucidate the influence exerted by genome and environment on the adaptation to cold temperature. Thus, we compared the strategies against temperature changes of the psychrotolerant Antarctic bacteria Shewanella frigidimarina with those of the mesophilic bacteria Shewanella oneidensis and the psychrophilic one Psychrobacter frigidicola, also from Antarctica.

Datos de interés

Supervisores: Cristina Cid Sánchez (UCM), Javier Arroyo Nombela
Universidad: Universidad Complutense de Madrid, Facultad de Farmacia, Departamento de Microbiología II; Centro de Astrobiología
Fecha de lectura: 07/02/2014

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