Cuando se trata de la dieta, las células de levadura parecen minimizar riesgos
Las redes moleculares, que responden a estímulos ambientales, han desarrollado funciones que se activan de forma automática. Por ejemplo, los ritmos circadianos están codificados en circuitos reguladores y coordinados por estímulos como la luz. Pero, además, la velocidad y la uniformidad con la que estas sencillas redes transmiten señales también pueden optimizarse, lo que indica la existencia de un tipo de adaptabilidad inteligente. Debido a que este comportamiento estocástico o ruidoso es menos predecible, puede parecer descoordinado y aleatorio. «Esto podría constituir una estrategia de minimización del riesgo, por la que los organismos se adaptan a situaciones en las que se producen o no acontecimientos, como la disponibilidad de alimentos», explica Kevin Verstrepen, coordinador del proyecto YEASTMEMORY en el Centro de Microbiología VIB-KU Leuven, entidad anfitriona del proyecto. El objetivo del proyecto YEASTMEMORY, respaldado por la Unión Europea, era saber más sobre la sincronización de la respuesta de un organismo a los estímulos y qué comportamientos eran ventajosos. Los investigadores de YEASTMEMORY estudiaron la respuesta de las células de levadura a la disponibilidad de glucosa, lo que permitió descubrir que las respuestas variaban entre células genéticamente idénticas de la misma población y que estaban determinadas por experiencias pasadas. Identificaron el posible factor genético responsable con su nuevo protocolo para la secuenciación de célula única en la levadura.
La base genética de los diferentes comportamientos de respuesta
«Este proyecto surgió de una conversación entablada hace quince años con un cervecero y que fue más sobre la cerveza que con cerveza en la mano», afirma Verstrepen. La cerveza se elabora al exponer maltosa, un azúcar de la cebada, a células de levadura en fermentación. Antes de esto, los cerveceros suelen cultivar su levadura en un laboratorio con glucosa. Este cervecero quería saber por qué sus células de levadura no fermentaban con más eficacia la maltosa tras varios días de cultivo con glucosa. «Teniendo en cuenta la velocidad a la que se dividen las células de levadura, observé que las células nuevas se comportaban de manera diferente en función de la dieta de las generaciones anteriores, y que este comportamiento variaba mucho entre ellas. El responsable de esto parecía ser un fenómeno epigenético», señala Verstrepen. Ahora avancemos quince años hasta el proyecto YEASTMEMORY. Su equipo descubrió que, tras crecer en glucosa durante al menos diez horas, la mayoría de las células de levadura necesitaban al menos seis horas para empezar a alimentarse con maltosa, mientras que algunas células genéticamente idénticas tardaban más de veinte horas y otras nunca llegaban a hacerlo nunca.
También se encontraron diferencias entre las cepas de levadura.
Se descubrió que el factor clave, que podría crear un cuello de botella, era la transición del metabolismo fermentativo al respiratorio. Este cambio importante se basa en la síntesis de muchas proteínas y complejos nuevos, por lo que, para las células, es un proceso lento y que consume energía. «Tiene sentido que las células eviten responder demasiado rápido y al unísono, arriesgándose a invertir tiempo y energía en cambiar de una dieta de glucosa a una de maltosa solo para encontrar de nuevo glucosa disponible», agrega Verstrepen. Para investigar este hecho, el equipo buscó las regiones del ADN de la levadura, denominadas locus de rasgos cuantitativos, que determinan esta diferencia de comportamiento. Su nuevo protocolo de secuenciación de ARN de célula única permitió dilucidar que los cambios en un gen específico no caracterizado, YLR108C, podrían explicar gran parte de la diferencia. Las células con una forma más activa del YLR108C tienen una transición más lenta, pero parecen crecer mejor en condiciones más estables. «Este constituye uno de los primeros ejemplos obvios de cómo una mutación natural relativamente sencilla en un gen determina el comportamiento de un sistema regulador. Ahora podemos investigar las ventajas y desventajas de cada estrategia (la generalista más lenta y la estocástica o especialista más rápida y uniforme) para comprender mejor la presión evolutiva que favorece comportamientos específicos», comenta Verstrepen. Ya se ha obtenido una patente para usar variantes YLR108C para optimizar el rendimiento de la levadura en fermentaciones industriales. Gracias a la subvención del Consejo Europeo de Investigación para la prueba de concepto, el equipo ya está en contacto con socios industriales sobre sus posibles aplicaciones.
Palabras clave
YEASTMEMORY, levadura, cerveza, circuitos reguladores, redes moleculares, glucosa, maltosa, secuenciación del ARN, epigenética, células, gen
