Rodrigo Ricardo

Escherichia coli (E. coli) como organismo modelo o célula huésped

Publicado el 12 septiembre, 2020

Organismo más estudiado

Si tuvieras que adivinar, ¿cuál dirías que es el organismo más estudiado y mejor entendido del planeta? ¿Quizás el elefante? Son grandes, fáciles de observar y son objeto de innumerables documentales. ¿Quizás vacas? Han sido domesticados durante miles de años y son adorados o consumidos en casi todos los países de la Tierra. Me gustaría darte la pista de que debes pensar más pequeño, pero este es un curso de microbiología, por lo que probablemente ya lo hayas asumido.

Voy a revelar la respuesta, pero quiero que juegues a la asociación de palabras. Cuando le dé el nombre, diga lo primero que se le ocurra.

El organismo más estudiado y mejor entendido es E. coli .

Apuesto a que una encuesta de cien estudiantes revelaría que la mayoría pensó inmediatamente en una intoxicación alimentaria o una enfermedad. En realidad, asociar la intoxicación alimentaria con E. coli es como dejar que una manzana podrida eche a perder todo el grupo. El mundo de la E. coli es mucho más grande e importante que eso. Echemos un vistazo y veamos por qué.

Escherichia coli

Escherichia coli , o E. coli para abreviar, es una bacteria gramnegativa en forma de bastoncillo que habita normalmente en el tracto gastrointestinal inferior de los animales de sangre caliente. Los científicos estiman que E. coli evolucionó por primera vez hace entre 120 y 160 millones de años, aproximadamente al mismo tiempo que la aparición de los mamíferos. Es probable que E. coli haya estado viviendo en el colon de los mamíferos durante toda la historia de ambos grupos. Otra evidencia de esta simbiosis es la capacidad relativamente rara de E. coli para utilizar lactosa, que es el azúcar de la leche, que se encuentra solo en los mamíferos. Además, E. coli puede sobrevivir en presencia de sales biliares, que son cáusticas y se utilizan en la digestión.

Además de prosperar en el colon, E. coli también puede sobrevivir fuera del cuerpo. La E. coli ambiental se puede transmitir a través de las heces a medida que las bacterias salen del cuerpo. Estos dos hábitats son lo más opuestos posible. El colon es relativamente estable, cálido, anaeróbico y rico en nutrientes. Fuera del colon, las condiciones pueden ser extremadamente duras y variables, mucho más frías, aeróbicas y proporcionar menos nutrientes.

Organismo modelo

El hecho de que E. coil pueda sobrevivir a condiciones tan variables es una ventaja que llevó a su uso como organismo modelo . Un organismo modelo es una especie que se estudia extensamente para comprender un fenómeno específico, esperando que el conocimiento adquirido pueda aplicarse también a otras especies.

E. coli tiene muchos atributos que lo convierten en un candidato ideal para su uso como organismo modelo. Analicemos los cinco atributos principales que hacen de E. coli un organismo modelo excelente.

Atributo 1: E. coli es un organismo unicelular. No existen preocupaciones éticas sobre el crecimiento, la manipulación y la eliminación de células bacterianas, a diferencia de los organismos modelo multicelulares como los ratones o los chimpancés. También son células diminutas, por lo que en un laboratorio pequeño puedes tener matraces que contienen miles de millones de células que ocupan muy poco espacio, lo que permite muchos experimentos.

Atributo 2: E. coli es capaz de reproducirse y crecer muy rápidamente , duplicando su población aproximadamente cada 20 minutos. Esto es útil en una situación de laboratorio donde esperar a que las generaciones posteriores produzcan datos experimentales puede ser el paso limitante. Con E. coli es tan fácil y rápido como dejarlas crecer durante la noche. Intentar estudiar el mismo proceso en generaciones posteriores de elefantes, por ejemplo, requeriría varias generaciones de científicos y más elefantes de los que tenemos en el planeta.

Atributo 3: E. coli puede sobrevivir en condiciones de crecimiento variables . Como discutimos anteriormente, esto lo lleva a ser muy adaptable pero tolerante en situaciones de laboratorio. Los medios de cultivo que contienen ingredientes y nutrientes simples y económicos pueden estimular con éxito el crecimiento y la división de E. coli .

Atributo 4: La mayoría de las cepas naturales de E. coli son inofensivas . Aquellos E. coli que causan intoxicación alimentaria y que se me han ocurrido antes son la excepción, no la regla. Cuando los científicos comenzaron a usar E. coli para experimentos de laboratorio, eligieron una cepa que era inofensiva. Esto significa que estudiar E. coli representa una pequeña amenaza para los investigadores y el público.

Manipulación genetica

Atributo 5: E. coli puede manipularse genéticamente con mucha facilidad . La genética de E. coli se conoce bien y se puede manipular o diseñar fácilmente. Este es el atributo más importante y multifacético que contribuye al uso de E. coli como organismo modelo.

Se han secuenciado los genomas de muchas cepas de E. coli . Estas secuencias se han examinado tan de cerca que se comprende muy bien la forma en que funciona la célula, y cambiar y manipular la secuencia de ADN puede tener resultados predecibles. Cuantos más experimentos se realicen, mejor entendemos cómo funciona la célula de E. coli y más útil se vuelve como organismo modelo, convirtiéndola en un bucle de utilidad cada vez mayor.

E. coli puede tener fragmentos adicionales de ADN separados del cromosoma llamados plásmidos. Este ADN a menudo no es esencial para la supervivencia de las bacterias, pero puede contener genes que confieren ventajas de supervivencia. E. coli tiene plásmidos F, que permiten la conjugación, que es el proceso de transferencia de ADN de una célula bacteriana a otra a través de una estructura llamada pilus. Los científicos pueden diseñar plásmidos para que contengan genes nuevos o mutados que luego pueden insertarse en la célula para estudiar el efecto sobre la fisiología de la célula o para producir algún producto de interés.

E. coli también es la célula huésped natural del bacteriófago lambda. Un bacteriófago es un virus que ataca a las bacterias y permite el proceso de transducción, que es la transferencia de ADN de una célula bacteriana a otra a través de un virus. El fago lambda es en sí mismo un organismo modelo utilizado para estudiar virus. Esta es una gran ventaja para los científicos porque pueden combinar todo el conocimiento de E. coli y la genética de los fagos para diseñar nuevos y mejores experimentos que mejoren nuestra comprensión de ambos organismos. Además, el fago lambda se puede utilizar como herramienta para manipular la genética de las células de E. coli . Por ejemplo, se ha diseñado un fago lambda para administrar el gen de la insulina humana a las células de E. coli . Esto ha resultado en cultivos de E. colique puede producir insulina en grandes cantidades. Esta insulina se recolecta y puede encontrarla en su farmacia local para que la usen los pacientes diabéticos.

La conjugación y la transducción son dos técnicas muy útiles para introducir ADN en una célula de E. coli . La naturaleza ha proporcionado a los científicos que trabajan con E. coli una forma muy sencilla de manipular el ADN de la célula. Al explotar estos procesos, potencialmente cualquier gen puede insertarse en el genoma de E. coli y posteriormente expresarse.

Resumen de la lección

Echemos un vistazo atrás. Escherichia coli , o E. coli , es una bacteria intestinal de mamíferos natural que se utiliza como organismo modelo para la investigación científica. Los organismos modelo se utilizan para explorar fenómenos biológicos con la intención de aplicar el conocimiento a otras especies. E. coli es un modelo perfecto por varias razones:

  1. E. coli es un organismo unicelular que se puede manipular y matar sin preocupaciones éticas.
  2. Tiene una tasa de crecimiento rápida y es muy fácil de cultivar y cultivar.
  3. Las bacterias pueden sobrevivir en condiciones de crecimiento variables, incluidas temperaturas variables, contenido de oxígeno y disponibilidad de nutrientes.
  4. La mayoría de las cepas son inofensivas y no representan una amenaza para los científicos que las utilizan.
  5. Por último, y lo más importante, la genética de E. coli está bien estudiada y se puede manipular fácilmente. La ingeniería genética que utiliza herramientas como la conjugación y la transducción permite a los científicos diseñar genéticamente cepas de E. coli para comprender mejor los procesos genéticos y probar nuevas ideas.

Resultado de aprendizaje

Después de ver este video, los estudiantes deberían poder relatar el estudio positivo de E. coli debido a su composición unicelular, su inocuidad para los científicos y su fácil manipulación genética.

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