Identical genetics doesn’t mean identical behavior for bacteria
January 2, 2014 | by Lisa Winter
Researchers have found that genetically identical bacteria can behave in radically different ways, depending on how the cells divide. What’s more, the researchers suspect that human cells might act in a similar manner. This could have profound implications for the development of antibiotics and other drugs. The results come from lead author Bridget Kulasekara from the University of Washington and was published in the journal eLife.
When learning about how one cell splits into two daughter cells, it is most often in a perfect-case scenario as everything is split completely evenly. However, we know this isn’t the case and cellular organelles aren’t divided as evenly as textbook diagrams would lead you to believe. How these organelles are divvied up during mitosis will determine future behavior. This interjects a little diversity into a population of cells that may be genetically identical, allowing them to react differently when obstacles arise, such as scarce resources or a dose of antibiotics.
This research builds on results from 2010, when the team showed that cyclic diguanosine monophosphate (cyclic di-GMP), a second messenger molecule used for signal transduction in prokaryotes, is not distributed evenly when daughter cells split. Cyclic di-GMP regulates many processes in the cell, including metabolism. It also nearly instantaneously regulates how the bacterial cell moves, either toward food or away from danger. Because some cells have more cyclic di-GMP than others, some cells are uniquely poised to gather resources or avert toxins.
Although the cells that are lacking certain structures can make their own, those who receive everything they need right off the bat have an immediate advantage as they do not have to dedicate the time or resources into coding for it. However, more cyclic diGMP isn’t always better, as too much can leave bacteria moving without much control. The propeller (such as flagella or pilli) which allows the bacteria to move often also comes with an enzyme to reduce cyclic di-GMP, allowing the cell to move in a more controlled manner. Whether this enzyme is active earlier or later has profound effects on how the bacterial cell interacts with the environment.
Understanding how bacteria diversify is critically important, as we face increasing amounts of antibiotic resistance. Antibiotics work much better on the faster cells with increased amounts of cyclic di-GMP, giving those with lower amounts a better chance at escaping the drug and developing a resistance. Future research from this lab will seek to exploit the second message system in order to combat resistance and improve antibiotic efficacy.
- See more at: http://www.iflscience.com/health-and-medicine/identical-genetics-doesn%E2%80%99t-mean-identical-behavior-bacteria#sthash.vLdmZ5LN.dpuf
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Bactérias geneticamente idênticas não significa comportamento idêntico
Pesquisadores descobriram que as bactérias geneticamente idênticas podem se comportar de maneiras radicalmente diferentes, dependendo de como as células se dividem . Além disso, os pesquisadores suspeitam que as células humanas pode agir de uma maneira similar. Isso poderia ter implicações profundas para o desenvolvimento de antibióticos e outros medicamentos . Os resultados vêm de autor Bridget Kulasekara da Universidade de Washington e foi publicado na revista eLife .
Aprendemos que uma célula se divide em duas células-filhas e que tudo é dividido uniformemente. No entanto, sabemos que isso não é o caso e organelas celulares não são divididas de modo tão regular como diagramas de livros didáticos levaria a crer. Como as organelas se dividirem durante a mitose irá determinar o comportamento futuro. Isto interrompe um pouco a diversidade em uma população de células que podem ser geneticamente idênticas, permitindo-lhes reagir de maneira diferente, quando surgem obstáculos, tais como os escassos recursos ou uma dose de antibiótico.
Esta pesquisa baseia-se em resultados de 2010, quando a equipe mostrou que monofosfato cíclico diguanosine ( di-GMP cíclico ), uma segunda molécula mensageira usada para a transdução de sinal em procariontes, não é distribuído uniformemente quando células filhas se dividirem . Di-GMP cíclico regula muitos processos na célula, incluindo o metabolismo. Também regula quase instantaneamente os movimentos celulares bacterianos, seja para o alimento ou para longe do perigo . Porque algumas células têm mais di-GMP cíclico que outras, algumas células estão preparadas exclusivamente para reunir recursos ou evitar toxinas.
Embora as células que estão faltando algumas estruturas podem fazer sua própria , aqueles que recebem tudo o que precisam logo de cara tem uma vantagem imediata, pois não tem que dedicar tempo ou recursos em codificação para ele. No entanto, mais cíclica diGMP nem sempre é melhor, pois em excesso pode deixar as bactérias se deslocarem sem muito controle. A hélice ( tais como os flagelos ou pilli ), que permite que as bactérias de movimento, frequentemente também vem com uma enzima de redução cíclica di - GMP, permitindo que a célula se mova de uma forma mais controlada . Se esta enzima é ativa anterior ou posterior tem efeitos profundos sobre a forma como a célula bacteriana interage com o ambiente .
Compreender como as bactérias diversificam é extremamente importante, à medida que enfrentamos quantidades crescentes de resistência aos antibióticos. Antibióticos funcionam muito melhor sobre as células mais rápidas com aumento da quantidade de di-GMP cíclico, dando aqueles com menor quantidade uma melhor chance de escapar da droga e desenvolvimento de uma resistência. Pesquisas futuras a partir deste laboratório vai tentar explorar o segundo sistema de mensagem, a fim de combater a resistência e melhorar a eficácia do antibiótico. (Tradução: MR)
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