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Bacterias que producen luz: bioluminiscencia

Si las bacterias no tienen ojos y no necesitan ver, ¿para qué producen luz?

Sí, hay bacterias que son capaces de producir luz. La bioluminiscencia es la generación enzimática de luz visible por seres vivos: de energía química a energía lumínica.

Estas bacterias tienen una enzima con el curioso nombre de luciferasa, que es capaz de oxidar un compuesto (un aldehído alifático de cadena larga denominado luciferina) y emitir el exceso de energía en forma de luz. Las enzimas son proteínas que llevan a cabo reacciones químicas que suele liberar energía normalmente en forma de calor, pero en este caso se libera en forma de fotones, es decir, de luz.

Para que ocurra esa reacción, la luciferasa necesita oxígeno. Estas bacterias solo producen luz cuando hay oxígeno en el medio. No está muy claro el origen evolutivo de la bioluminiscencia, pero probablemente surgió en las bacterias hace millones de años como un método para evitar el efecto tóxico del oxígeno, conforme la Tierra se fue llenando de oxígeno (recuerda que originariamente en la Tierra no había oxígeno y que éste fue un “invento” microbiano).

Bacterias bioluminiscentes en cultivo líquido: a la izquierda un matraz con el cultivo de la bacteria del género Vibrio spp., a la derecha el mismo matraz fotografiado a oscuras. (Fuente: @microbioblog).


Bacterias bioluminiscentes en placa: cada puntito luminoso son un grupo o colonia de las bacterias que crecen sobre una placa de agar. (Fuente: Sergio Bárcena, @Barcena88).

Lo curioso de este sistema es que solo está activo cuando hay suficiente número de bacterias. Las bacterias no piensan, pero son muy listas y “ahorran” producir luz si no hay quorum suficiente. La bioluminiscencia en estas bacterias solo ocurre cuando hay una alta densidad de población. Los genes de la luciferasa solo se expresan y están activos cuando la población bacteriana es muy alta. Y esto las bacterias “lo saben” porque poseen un sistema de comunicación química entre ellas que se denomina “quorum sensing”.

El quorum sensing es un mecanismo de regulación genética dependiente de la densidad bacteriana.

Para ello, durante el crecimiento, estas bacterias liberan al exterior una molécula mensajera (la acyl-homoserina lactona) que actúa como inductor. Esta molécula entra al interior de la bacteria y cuando alcanza una cierta concentración, que depende del número de bacterias, activa la expresión de los genes de la luciferasa. Así, si el número de bacterias es pequeño, habrá poco inductor, no se activa la luciferasa y las bacterias no producen luz (OFF). Pero cuando se alcanza un número suficiente, la concentración de inductor aumenta, activa la luciferasa y se produce luz de forma sincrónica y simultánea (ON). Este sistema de quorum sensing se encuentra también en muchas otras bacterias no bioluminiscentes, algunos patógenos de animales y plantas. En este tipo de bacterias el sistema quorum sensing controla la expresión de factores de virulencia (otras enzimas o toxinas) cuya síntesis depende de la densidad bacteriana.

¿Y para qué le sirve a una bacteria producir luz?

Buena pregunta. Evidentemente las bacterias no tienen ojos y no necesitan luz para ver. Este tipo de bacterias, de los géneros Vibrio o Photobacterium (*), suelen ser simbiontes y colonizan órganos especializados productores de luz (fotóforos) de algunos peces o calamares marinos. Para la bacteria es una buena forma de asegurarse el alimento y un lugar “seguro”. Los peces y calamares suelen emplear las señales luminosas para evitar predadores, camuflarse o atraer a sus presas. Algunas especies de calamares producen, por ejemplo, tinta bioluminiscente.

A veces, en verano en algunas playas de noche se puede observar como al batir de las olas aparecen destellos de luz azul bastante espectaculares (“mar de ardora” le llaman en Galicia o “milky seas” en inglés). En este caso suele deberse no a este tipo de bacterias sino a dinoflagelados (protistas) bioluminiscentes del género Noctiluca.

(*) Otros géneros de bacterias bioluminiscentes son: Aliivibrio, Shewanella y Photorhabdus.

En nuestra charla de #NaukasBilbao22 algo contamos sobre las bacterias bioluminiscentes, en este ENLACE tienes acceso al video.

Es esto otro vídeo es fascinante, te explica cómo hablan las bacterias entre ellas y cómo está regulado el ciclo circadiano del calamar con el crecimiento de la bacteria bioluminiscentes:

 

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