Quimiotaxis: qué es, características y funciones biológicas

Casi todos los seres vivos, por simples o ancestrales que sean, se mueven de un modo u otro en algún momento de sus vidas.

La vida (además de potencial reproductivo y presencia de al menos una célula) implica respuesta ante estímulos y, para poder escapar de una amenaza o buscar una fuente de comida, suele ser necesaria una direccionalidad hacia un punto concreto.

Así pues, observamos estructuras motrices casi infinitas en el reino animal: desde cilios y flagelos hasta las extremidades de los vertebrados, cada taxón presenta tipos de locomoción especializados para su entorno y hábitos de vida. Hasta la bacteria más simple que se te ocurra seguramente posea algún tipo de movimiento, ya sea direccional o aleatorio, con un fin evolutivo concreto.

Hoy venimos a mostrarte el apasionante fenómeno de las taxis, respuestas innatas de índole comportamental que se dan en los seres vivos ante la presencia de estímulos externos. Específicamente, exploramos el mundo de la quimiotaxis, típica en bacterias y otros organismos unicelulares.

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¿Qué es la taxis?

Antes de introducir el prefijo quimio-, proveniente del vocablo griego khymei (alquimia), es necesario comprender la taxis a rasgos generales.

La taxis es una respuesta comportamental presente en organismos unicelulares y pluricelulares hacia un estímulo externo, ya sea con el fin de acercarse a él (atracción) o alejarse de él (repulsión). Las taxis se pueden clasificar según el tipo de estímulo y si el ser vivo lo selecciona inherentemente de forma positiva o negativa. Algunos ejemplos son los siguientes:

• Aerotaxis: el ser vivo se ve estimulado por la presencia de oxígeno.
• Electrotaxis: el estímulo es una corriente eléctrica.
• Magnetotaxis: el movimiento se produce en respuesta al campo magnético.
• Hidrotaxis: en respuesta a la humedad. Es muy común.
• Quimiotaxis: en respuesta a estímulos químicos.

Por muy sencillo que pueda parecer el término, hay que tener cuidado. El tropismo y la kinesis también son tipos de movimiento en los seres vivos, pero difieren de la taxis a nivel conceptual y funcional. Te contamos sus diferencias de forma somera.

Taxis vs kinesis

La diferencia principal entre la taxis y la kinesis es la direccionalidad. En la taxis, el ser vivo dirige su movimiento de acuerdo a la presencia o ausencia del estímulo buscado o repelido, sea luz, agua, oxígeno u otros muchos parámetros ambientales.

Por otro lado, la kinesis se define por un movimiento no direccional. Si bien en ambos casos el ser vivo está respondiendo a un estímulo externo, en la kinesis el animal no se mueve “hacia”, sino en base a su zona de confort.

Por ejemplo, una bacteria puede realizar movimientos no dirigidos si se calienta su medio hasta llegar a una zona de comfort diferente, pero no se está desplazando a ningún sitio concreto. En líneas generales, si el movimiento es rápido el ser vivo está buscando la zona de confort y, si este es lento, es que la ha encontrado.

Taxis vs tropismo

El tropismo es típico de las plantas. Se puede definir como un mecanismo en respuesta a estímulos que marca la direccionalidad y crecimiento del organismo en base a un estímulo externo. Si observas a un brote de una semilla crecer de forma arqueada en búsqueda de un rayo de luz, estarás ante un tropismo.

La diferencia entre ambos términos es que en la taxis el organismo presenta motilidad. Ya sea mediante extremidades, cilios, flagelos o torsiones corporales, el ser vivo se está moviendo de forma activa hacia el estímulo o lejos de él. Este no es el caso del tropismo pues, como hemos dicho, es típico en plantas (caracterizadas por su ausencia de movimiento).

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La quimiotaxis: cuestión de concentraciones químicas

Sin darnos cuenta, hemos definido a la quimiotaxis en múltiples puntos en lo que llevamos de espacio. De forma general, se podría describir como un tipo de fenómeno biológico común en bacterias (pero también presente en otros tipos uni y pluricelulares) en el cual estas dirigen su movimiento de acuerdo con la concentración de sustancias químicas presentes en su ambiente.

La quimiotaxis es un fenómeno cuantificable que se ha demostrado en múltiples ocasiones en el ámbito laboratorial. De todas formas, para que pueda darse, deben cumplirse ciertos requisitos. Entre ellos, encontramos los siguientes:

• La concentración de gradientes químicos debe desarrollarse relativamente rápido y permanecer por el tiempo suficiente dentro del sistema biológico.
• Se distinguen los fenómenos de taxis de los kinéticos. Como hemos dicho previamente, son dos mecanismos diferentes.
• La migración de las células (generalmente bacterias) debe ser libre hacia afuera y sobre el eje del gradiente de concentración.
• Las respuestas detectadas deben ser el resultado de la migración activa de las células.

La quimiotaxis permite a los seres unicelulares encontrar alimento en el medio (por ejemplo, monosacáridos como la glucosa) y huir de agentes tóxicos químicos que provocarían su muerte. También, aunque se aleje mucho de la acepción principal del término, la quimiotaxis es útil para que los animales se guíen hacia las feromonas producidas por sus compañeros sexuales, con el fin de iniciar el cortejo y la reproducción.

Dedicamos estas últimas líneas a explorar algunos de los fenómenos quimiotácticos que van un poco más allá de una bacteria buscando alimento. No te los pierdas.

1. La quimiotaxis y el sistema inmune

La migración de los glóbulos blancos (macrófagos, neutrófilos y linfocitos, por ejemplo) hacia los tejidos corporales infectados o inflamados es un fenómeno de quimiotaxis que sostiene las bases del sistema inmune en humanos.

En ambientes laboratoriales (in vitro) se ha demostrado como estos cuerpos celulares tienen la habilidad de moverse direccionalmente en base a la concentración de ciertos compuestos químicos. Si bien esto es un conglomerado de 3 tipos de movimiento diferentes: aleatorio, kinético y quimiotáctico, se ha demostrado que este último es esencial para que se produzcan las respuestas inmunitarias a nivel local.

Por ejemplo, los fagocitos (célula circulante libre que tiene la propiedad de atrapar y destruir patógenos) se mueven completamente en base a estímulos quimiotácticos. Estos se desplazan hacia una determinada localización en respuesta a las concentraciones de sustancias como interleucina-I, trombina, factor de crecimiento, inmunoglobulinas, leucotrienos y muchos más. Una vez localizan al patógeno, se producen los fenómenos de adhesión, endocitosis, destrucción y eliminación.

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2. La quimiotaxis y las feromonas

Las feromonas son sustancias químicas secretadas por los seres vivos, cuya finalidad es provocar respuestas en otros individuos de la misma especie, ya sean del mismo género o del contrario. Estas son señales químicas volátiles en forma líquida que se dispersan por el ambiente.

Estamos ante un claro ejemplo de quimiotaxis, aunque no se parezca en nada a la definición típica de una bacteria utilizando sus cilios para acercarse a una fuente de glucosa en el ambiente. Por ejemplo, si un oso se restriega contra un árbol, seguramente no solo esté aliviando la picazón que siente por los agentes parásitos presentes en su espalda (que también), pues probablemente estará secretando feromonas que avisen al resto de machos de la zona sobre su presencia y superioridad física.

Así pues, el resto de machos responden direccionalmente a ese estímulo concreto, ya sea alejándose del territorio (para evitar la confrontación) o acercándose a la fuente de la feromona para desafiar a dicho macho dominante y aumentar sus posibilidades de reproducción, si es que consiguen derrotarlo en un enfrentamiento. Debido a la direccionalidad de la respuesta y las bases químicas de la misma, los comportamientos mediados por feromonas se consideran quimiotácticos.

Resumen

La taxis es un fenómeno apasionante, pues se trata de una respuesta comportamental intrínseca que permite a los seres vivos sobrevivir en el medio en base a una premisa tremendamente sencilla: en base a la presencia de un estímulo, me acerco (atracción) o me alejo (evitación). Existen muchos tipos de taxis, pues cualquier factor ambiental o biótico pueden modificar el entorno, cambiando así la direccionalidad del movimiento del ser vivo estudiado.

En especial, la quimiotaxis reporta un interés creciente en el ámbito clínico. Estudiando los mecanismos quimiotácticos de las bacterias en los procesos infecciosos, se pueden idear fármacos que inhiban su respuesta móvil a agentes externos, lo que disminuiría el rango de la infección y su progreso. Sin duda, es una temática fascinante, desde un punto de vista tanto médico como biológico.

Referencias bibliográficas:

• Acosta, E. A., & Venegas, A. A. (2006). MODELO BIOFÍSICO PARA EXPLICAR EL PROCESO DE LA QUIMIOTAXIS. Revista Colombiana de Física, 38(2).
• Castellanos, N. P., Lombardo, D., Makarov, V. A., Velarde, M. G., & Arena, P. (2011). Quimiotaxis, Infotaxis y Memotaxis: estrategias de exploración y supervivencia. Revista española de física, 22(3).
• Galicia-Jiménez, M. M., Sandoval-Castro, C., Rojas-Herrera, R., & Magaña-Sevilla, H. (2011). Quimiotaxis bacteriana y flavonoides: perspectivas para el uso de probióticos. Tropical and subtropical agroecosystems, 14(3), 891-900.
• Nápoles, M. C., Gutiérrez, A., & Varela, M. (1998). Quimiotaxis de Bradyrhizobium japonicum ICA 8001 hacia ácidos orgánicos y exudados de semillas de soya. Cultivos Tropicales, 19(2), 27-29.
• Rojas-Dotor, S., Pérez-Ramos, J., & Rico-Rosillo, M. G. (2009). Quimiotaxis y enfermedad. Revista Médica del Instituto Mexicano del Seguro Social, 47(1), 51-56.
• Taxis, biologyonline.com. Recogido a 2 de febrero en https://www.biologyonline.com/dictionary/taxis#:~:text=Taxis%20is%20a%20behavioral%20response,organism%20to%20an%20external%20stimulus.