La fototaxis es la capacidad de los organismos para moverse direccionalmente en respuesta a una fuente de luz. Muchas cianobacterias exhiben fototaxis, tanto hacia como lejos de una fuente de luz. En el entorno, es probable que la capacidad de moverse en condiciones de luz óptimas para la fotosíntesis sea una ventaja. Estamos particularmente interesados en cómo las células perciben la luz de diferentes longitudes de onda; los fotorreceptores involucrados y la cascada de transducción de señales involucrada en este proceso.

Para diseccionar el proceso de motilidad y fototaxis en Synechocystis sp. generamos una biblioteca de mutantes de motilidad etiquetados con transposones. Varios de estos mutantes de motilidad etiquetada mapeados a genes similares a quimiotaxis en loci que denominamos loci taxonómico. Las funciones de las proteínas quimiotaxis en la transducción de señales son bastante bien conocidas en bacterias entéricas flageladas, pero mucho menos en otros sistemas. Synechocystis sp. tiene tres loci impositivos, dos de los cuales están involucrados en las respuestas de motilidad. La interrupción del locus tax1 (que contiene un fotorreceptor, TaxD1) produce mutantes que son negativamente fototácticos, mientras que los mutantes tax3 no son móviles y no tienen pili. Se están caracterizando varios mutantes novedosos que son aberrantes en la fototaxis utilizando enfoques bioquímicos y genéticos. Hemos desarrollado un modelo preliminar de fototaxis y estamos desarrollando un sistema para analizar fototaxis en cianobacterias termofílicas aisladas de esteras microbianas.Hemos demostrado que en el organismo modelo Synechocystis. sp. la fototaxis es un fenómeno dependiente de la superficie que requiere pili tipo IV en lugar de flagelos. Muchas bacterias Gram negativas tienen pili tipo IV, que son apéndices largos de superficie proteica multifuncionales. Curiosamente, los pili de tipo IV son necesarios para diversas funciones, como la motilidad social, el reconocimiento de patógenos del huésped, la capacidad de tomar ADN exógeno y en la formación de biopelículas.

Actualmente estamos utilizando microscopía de video por lapso de tiempo y programas de seguimiento para seguir células individuales y poblaciones para hacer preguntas básicas sobre los parámetros que rigen la motilidad. En colaboración con Doron Levy (Departamento de Matemáticas, Universidad de Maryland) estamos modelando dinámicas sociales en motilidad dependiente de la superficie. Recientemente también hemos establecido colaboraciones con el grupo de K. C. Huang (Departamento de Bioingeniería, Stanford) para simular y controlar la motilidad dependiente de la superficie. Es probable que las células funcionen como grupos y que la dinámica de la comunicación grupal esté mediada por pili y señales moleculares como cAMP. El papel de la comunicación es particularmente relevante para las esteras microbianas y otras comunidades bacterianas en ambientes naturales.

PELÍCULAS E IMÁGENES: ¡PRÓXIMAMENTE!

PUBLICACIONES RELEVANTES (versión PDF disponible en Publicaciones)
1. Burriesci M. y Bhaya D. (2008) Tracking phototactic responses and modeling motility of Synechocystis sp. cepa PCC6803 J. Photochem. Photobiol. 91 (2-3): 77-86
2. Bhaya, D, Levy, D., Requeijo, T. Group Dynamics of Phototaxis: Interacting Stochastic Many-Particles Systems and their Continuum Limit, en S. Benzoni-Gavage y D. Serre (Eds.), «Hyperbolic Problems: Theory, Numerics, Applications», Proceedings of the Eleventh International Conference on Hyperbolic Problems, Lyon, 2006. Springer-Verlag, Berlín, 2008, pp. 145-159.
3. Bhaya, D., (2004) Light matters: Phototaxis and signal transduction in unicelular cyanobacteria Mol. Microbiol. 53: 745-754 4. Ng, W-O, Grossman A. R. y D. Bhaya (2003) Fototaxis de control de entradas de luz múltiples en Synechocystis sp. La cepa PCC6803 J.Bacteriol 185: 1599-607.
5. Bhaya D, Takahashi A, Shahi P., and A R. Grossman (2001) Novel motility mutants from Synechocystis PCC6803 generated by in vitro transposon mutagenesis. J. Bacteriol. 183:6140-6143
6. Bhaya, D., Fazeli F, Nakasugi K. N., and Burriesci M., (2006) Phototaxis and impaired motility in adenylyl cyclase and cyclase receptor protein mutants of Synechocystis sp. Cepa PCC6803 J. Bacteriol 188: 7306-7610
7. Bhaya D, Takahashi, A and A R. Grossman (2001) Light regulation of TypeIV pilus-dependent motility by chemosensor-like elements in Synechocystis PCC 6803. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A., 98: 7540-7545
8. Bhaya, D, N. R. Bianco, D. Bryant and A. R. Grossman (2000) Type IV pilus biogenesis and motility in the cyanobacterium Synechocystis sp. PCC6803. Mol. Microbiol. 37: 941-951
9. Bhaya, D. and A. R. Grossman (1999) The role of an alternative sigma factor in motility and pilus formation in the cyanobacterium Synechocystis sp. cepa PCC6803. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A., 96: 3188-3193