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Quilo de Ciencia

El quilo, con “q” es el líquido formado en el duodeno (intestino delgado) por bilis, jugo pancreático y lípidos emulsionados resultado de la digestión de los alimentos ingeridos. En el podcast Quilo de Ciencia, realizado por el profesor Jorge Laborda, intentamos “digerir” para el oyente los kilos de ciencia que se generan cada semana y que se publican en las revistas especializadas de mayor impacto científico. Los temas son, por consiguiente variados, pero esperamos que siempre resulten interesantes, amenos, y, en todo caso, nunca indigestos.

Ministerio de Ciencia e Innovación

Fundación Española para la Ciencia y la Tecnología

Universidad de Castilla - La Mancha

Natación molecular

Natación molecular - Quilo de Ciencia - Cienciaes.com

La Naturaleza está llena de maravillas que, una vez analizadas y comprendidas, tienen la facultad de maravillarnos aún más. Una de estas maravillas, elucidadas por la ciencia, es la natación de las bacterias. En un segundo, un bacilo nadador puede avanzar unos veinticinco micrómetros (un micrómetro es una medida de longitud un millón de veces menor que el metro). Esta longitud corresponde a unas diez veces la longitud de su cuerpo. Si una persona media pudiera hacer eso, correría los cien metros lisos en unos cinco segundos, dejando el record mundial pulverizado.
Las bacterias, por otra parte, no nadan al azar, en cualquier dirección, como hacen muchos humanos, buscando sorpresas que la vida pudiera depararles. Las bacterias son capaces de detectar diversas sustancias químicas en su entorno. Si las sustancias químicas que detectan son de su agrado, como por ejemplo moléculas de azúcar, se dirigen hacia ellas para encontrar dónde se encuentra la mayor concentración de ese nutriente para alimentarse mejor con él. Por el contrario, si la sustancia química les desagrada, por ejemplo es una sustancia tóxica, tienden a evitarla nadando en dirección opuesta del lugar donde esa sustancia posee la concentración más alta.

De esta manera, la bacteria parece ser consciente de su entorno, y tomar decisiones conducentes a su beneficio o a su supervivencia, decisiones basadas, por supuesto, en la información que recibe de ese entorno. Debería de ser de todos conocido que las bacterias no tienen cerebro. Deducimos de este hecho, utilizando el cerebro que sí tenemos nosotros, que las bacterias no pueden pensar, y que la manera en que la bacteria recibe información, la procesa y actúa basándose en ella debe estar, en consecuencia, basada en mecanismos moleculares, ciegos en sí mismos, pero cuyo resultado es como si la bacteria tomara “decisiones”.

Analicemos un poco, para maravillarnos mejor, esos mecanismos y estructuras moleculares que permiten nadar a las bacterias en una determinada dirección. Quizá sepa el lector que las bacterias pueden moverse haciendo mover sus flagelos, unas estructuras filamentosas cuyo movimiento propulsa a las bacterias por el medio acuoso en el que viven. Estas estructuras, en forma de pelo finísimo, están formadas por la unión de muchas moléculas de la proteína denominada flagelina. Esta proteína constituye, digamos, los ladrillos del flagelo. La estructura de las moléculas de flagelina es tal que les permite unirse unas con otras en una estructura en espiral que, como un muelle, deja un hueco en el centro. El flagelo va creciendo desde la membrana bacteriana mediante la adición de moléculas de flagelina. Éstas viajan por el hueco central del flagelo hasta que llegan al final del mismo, donde se unen a la molécula de flagelina del extremo del flagelo, que va así creciendo poco a poco.

Una vez formado el flagelo, ahora sería deseable que poseyera un mecanismo capaz de dotarle de movimiento para que fuera así capaz de propulsar a la bacteria. Este mecanismo es una maravilla de la ingeniería, ya que se trata de un motor molecular alimentado por un flujo de protones, es decir, de núcleos desnudos de átomos de hidrógeno, bastante abundantes en el medio acuoso. Los protones atraviesan el motor molecular que, a su vez, atraviesa la membrana de la bacteria y, en su paso de un lado a otro, mueven el motor que hace girar el flagelo en dirección contraria a las agujas del reloj, si miramos desde fuera de la bacteria.

No podemos entrar aquí en los detalles de los intrincados y maravillosos mecanismos que mueven el motor, pero comprender cómo un flujo de partículas puede hacer girar algo es fácil. Todos conocemos lo que es un ventilador. Las hélices de este aparato están diseñadas de tal manera, es decir, su estructura es tal, que su giro, alimentado por un motor eléctrico, consigue atraer aire de la parte posterior de la hélice y propulsarlo hacia adelante a gran velocidad. Si tenemos el ventilador parado frente a nosotros y soplamos con fuerza sobre las hélices, seremos capaces de hacerlas girar en sentido contrario. En este caso, el flujo de las partículas de aire desde nuestros pulmones a las hélices ha permitido el giro de las mismas. Algo similar sucede con los flagelos bacterianos. La base del flagelo es una especie de ventilador molecular cuyas hélices se mueven en función del flujo de protones, en lugar de aire. En el caso de las bacterias, el ventilador está unido al filamento del flagelo, y lo hace girar.

El giro sincronizado de todos los flagelos de la bacteria propulsa a la bacteria en una dirección determinada a gran velocidad, como si de un minúsculo misil submarino se tratara. Los flagelos se trenzan juntos unos con otros, generando una cola que gira y propulsa a la bacteria. Pero, cómo hemos dicho, la bacteria debe cambiar de vez en cuando de dirección. ¿Cómo consigue la bacteria esto? Pues de una manera tan simple como efectiva. Para cambiar de dirección, la bacteria invierte momentáneamente el giro de sus motores. Esta inversión deshace la trenza flagelar y detiene el movimiento de la bacteria, que gira entonces por un momento al azar en el medio acuoso. Tras esta inversión momentánea, la bacteria vuelve a invertir los motores, los flagelos se trenzan de nuevo y la bacteria comienza a nadar, normalmente en una dirección diferente de la que lo hacía. ¿Cómo es posible que este mecanismo ciego consiga que las bacterias se dirijan donde quieren? Existen unas moléculas que son modificadas químicamente al detectar las sustancias nocivas del entorno. Esta modificación química les permite unirse al motor molecular como si de una rueda dentada adicional se tratara, invirtiendo así el giro del mismo. Cuantas más moléculas repelentes haya más fácil es que sean detectadas, el motor se invierta y la bacteria cambie de dirección. Las moléculas nutritivas, por el contrario, bloquean la modificación química de esas moléculas y permiten que el motor siga girando sin detenerse, puesto que la bacteria va en la “buena dirección”

Los mecanismos moleculares que hemos vislumbrado aquí nos hablan de la maravilla del mundo vivo, y de cómo, durante la evolución de incluso los organismos más simples, se han desarrollado mecanismos complejos que resuelven de una manera paradójicamente simple los problemas inherentes a la vida, en este caso el problema de la locomoción unicelular. La ciencia, en mi opinión, no sólo no es enemiga de la poesía y de la belleza, sino que bien comprendida, las alimenta y nos hace más conscientes de lo maravilloso que es vivir, pensar y sentir cada día.

OBRAS DE JORGE LABORDA.

Una Luna, una civilización. Por qué la Luna nos dice que estamos solos en el Universo

One Moon one civilization why the Moon tells us we are alone in the universe

Adenio Fidelio

El embudo de la inteligencia y otros ensayos

Las mil y una bases del ADN y otras historias científicas

Se han clonado los dioses.

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