Investigadores han descubierto cómo Escherichia coli (E. coli) adapta su maquinaria genética para sobrevivir en ambientes con fluctuaciones extremas de pH, según un estudio reciente publicado el 19 de septiembre de 2024 en la revista PNAS. El equipo de investigación, liderado por Sarah B. Worthan, Robert D. P. McCarthy, Mildred Delaleau y Megan G. Behringer, inició un experimento a largo plazo con 16 poblaciones de E. coli sometidas a ciclos de 100 días de hambre prolongada seguidos de periodos de abundancia de nutrientes durante 900 días en total.
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El estudio identificó mutaciones clave en dos genes, rho y ydcI, que fueron cruciales para la adaptación de las bacterias a las condiciones variables de pH. Una mutación específica, denominada rho R109H, implicó la sustitución de arginina por histidina en el aminoácido 109 del factor de terminación Rho, la cual se fijó en cinco de las 16 poblaciones en menos de 400 días. Esta modificación afecta la capacidad del factor Rho para unirse al ARN y finalizar la transcripción, especialmente en ambientes alcalinos con pH 9.
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Además, las poblaciones con la mutación rho también presentaron mutaciones en el gen ydcI, conocido por su papel en la homeostasis del pH. Las mutaciones en ydcI generalmente resultaron en pérdida de función, sugiriendo un beneficio evolutivo cuando se combinan con la mutación en rho.
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Las células portadoras de ambas mutaciones, rho R109H y ΔydcI, demostraron mantener un pH intracelular significativamente más alto (de 7.53 a 9.67) en comparación con las células silvestres (de 7.04 a 8.96). Este ajuste permite a las bacterias operar mejor en ambientes con pH fluctuante, asegurando la actividad del factor Rho.
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El ensayo de competencia entre los mutantes mostró que las células con la mutación rho R109H tenían una ventaja inicial en pH 9, pero fueron superadas por cepas silvestres en 14 días. Por otro lado, las células con la combinación de mutaciones rho R109H/ΔydcI mantuvieron su ventaja en estas condiciones, lo que confirma los beneficios de esta combinación genotípica.
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Un análisis adicional reveló la presencia de alelos de rho R109H en bacterias aisladas de ambientes naturales con pH fluctuante, sugiriendo que esta adaptación puede estar ocurriendo en la naturaleza.
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Las conclusiones del estudio ponen de manifiesto cómo mutaciones en los genes rho y ydcI facilitan la adaptación de las poblaciones de E. coli a entornos con pH variable. Esta investigación no solo amplía el conocimiento sobre la evolución bacteriana, sino que también destaca la importancia de los estudios experimentales prolongados en la comprensión de los mecanismos de adaptación microbiana.