Resumen de Microbial analysis by microencapsulation and its application to study proliferation heterogeneity
El interés hacia la producción de microcápsulas ha aumentado en los últimos años significativamente debido a la gran cantidad de aplicaciones potenciales en diversos campos tales como la bioquímica, biomedicina, farmacia, microbiología y ciencia medioambiental, entre otros (Martin-Banderas, Flores-Mosquera et al. 2005). Más concretamente, la bioencapsulación supone uno de los avances biotecnológicos más relevantes en los últimos veinte años. Este término engloba el desarrollo de tejidos o sustancias biológicamente activas en el interior de membranas semipermeables que protegen las estructuras biológicas de posibles agresiones externas.
Así, en los últimos años la principal aplicabilidad de esta tecnología ha ido encaminada al tratamiento de una amplia variedad de enfermedades incluyendo la anemia, la hemofilia B, fallos en el hígado o el riñón, insuficiencias del sistema nervioso central y diabetes mellitus. De manera más reciente, las microcápsulas también se han usado como vehículo biodegradable para la proliferación de células madres así como su administración in vivo (Orive and Pedraz 2010).
En este trabajo abordamos esta herramienta desde un punto de vista muy diferente . Así, vamos a usar la microencapsulación como herramienta para encapsular la levadura Saccharomyces cerevisiae y otros microorganismos con el fin de dar respuesta a algunas preguntas biológicas.
Esta tesis se divide en tres partes: “Desarrollo de nuevas metodologías para el estudio de microorganismos”, “Análisis transcriptómico de la heterogeneidad en S. cerevisiae” y “Papel del envejecimiento replicativo en heterogeneidad de poblaciones” En la primera de ellas se describe el desarrollo de un protocolo de encapsulación fácilmente reproducible en laboratorios que permite la monitorización del crecimiento de microorganismos tanto por microscopía óptica como por citometría de flujo, para obtener información a nivel de población celular. Para ello hemos usado la tecnología Flow Focusing, patentada por Ingeniatrics Tecnologías, S.L.
Usando esta tecnología se han realizado análisis genéticos y escrutinios tanto en levaduras (Gomez-Herreros, de Miguel-Jimenez et al. 2012), como en hongos filamentosos (Delgado-Ramos, Marcos et al. 2014).
En la segunda parte se describen los resultados procedentes de un estudio transcriptómico de la heterogeneidad en una cepa silvestre de S.cerevisiae mediante microencapsulación como herramienta para detectar diferentes poblaciones según su nivel proliferativo y citometría de flujo para seleccionar las poblaciones de interés.
Los resultados de este análisis transcriptómico indican que una población clonal, aun siendo genéticamente homogénea, es heterogénea en el modo en que la información genética es expresada y nos ha permitido proponer varios mecanismos que podrían explicar la existencia de subpoblaciones con diferentes tasas proliferativas dentro de una población isogénica (Garcia-Martinez, Delgado-Ramos et al. 2016) Por último, en el capítulo final de esta tesis, se describen experimentos cuyos resultados conectan el envejecimiento replicativo con la heterogeneidad proliferativa de una población de células. En concreto, el envejecimiento apunta a ser la causa de la baja capacidad proliferativa en un pequeño porcentaje de la población. A su vez, se propone una posible conexión entre un importante regulador del ciclo celular, Whi5, con el envejecimiento en levaduras.
Finalmente, se discute el impacto de nuestros resultados en el campo científico. Así, aunque la heterogeneidad entre células individuales es obvia en diferentes tejidos y organismos, vemos que también puede ser observada en poblaciones monoclonales de células que han sido cultivadas bajo idénticas condiciones (Pelkmans 2012). Sin embargo, existe una falta de conocimiento sobre el origen de esta variación . Esta heterogeneidad puede ser resultado de eventos estocásticos o puede ser mantenida de forma deliberada a través de procesos regulatorios. En este último caso, la heterogeneidad debería conferir alguna ventaja selectiva que beneficie a la población total (Yuan, Wulf et al. 2011). Nuestro trabajo ha revelado algunos de los mecanismos que provocan heterogeneidad proliferativa a nivel de población y que parecen ser heredados epigenéticamente de célula madre a célula hija. Para ello hemos usado una tecnología novedosa, que no solo ha contribuido al estudio de este campo sino al análisis microbiano en general.
