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Investigación

Descubren el “sentido del tacto” de las bacterias

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Un estudio dirigido por investigadores de la Universidad de Indiana (UI), en Estados Unidos, publicado este jueves en la revista ‘Science’, informa de un nuevo método para determinar cómo las bacterias detectan el contacto con las superficies, una acción que desencadena la formación de biopelículas estructuras multicelulares que causan problemas de salud importantes en las personas y amenazan infraestructuras críticas, como los sistemas de agua y alcantarillado.

Se estima que las biopelículas contribuyen a alrededor del 65 por ciento de las infecciones humanas y causan miles de millones en costos médicos cada año.

Jugaron un papel poco conocido en los niveles insanos de coliformes en el suministro de agua de 21 millones de estadounidenses a principios de la década de 1990 y, más recientemente, probablemente jugaron un papel en varios brotes de la enfermedad del legionario en Flint, Michigan, Estados Unidos. También contribuyen regularmente a los brotes de cólera global.

Las biopelículas causan daños graves en la industria, incluidos los sistemas de filtración de agua obstruyendo o ralentizando los buques de carga mediante la “bioincrustación” en los cascos de los vehículos, con un costo aproximado de 200.000 millones de dólares al año sólo en Estados Unidos. También hay biofilms beneficiosos, como los que ayudan a la digestión o contribuyen a la descomposición la materia orgánica en el medio ambiente.

Los investigadores, dirigidos por el distinguido profesor de Biología en la UI Yves Brun, descubrieron la forma en que las bacterias detectan y se adhieren a las superficies. Los científicos también detectaron un método para engañar a las bacterias y hacerles creer que están sintiendo una superficie.

GRACIAS A APENDICES MICROSCOPICOS ULTRARRAPIDOS

El equipo demostró que las bacterias usan apéndices ultrarrápidos llamados pili que se extienden desde la célula y se retraen de forma dinámica para palpar y adherirse a las superficies y, en última instancia, producir biofilms. Los pili dejan de moverse después de detectar una superficie, tras lo cual las bacterias comienzan a producir una sustancia extremadamente pegajosa, o “bioadhesiva”, que impulsa el apego a las superficies y la formación de biopelículas.

Para engañar a las bacterias para que detecten una superficie, el equipo de Brun conectó una gran molécula de maleimida a las pili para bloquear eficazmente el movimiento de las estructuras similares al cabello. “Es como tratar de tirar de una cuerda con un nudo en el medio a través de un agujero: la molécula de maleimida no puede pasar por el agujero que utiliza la célula para extender y retraer la pili”, pone como ejemplo la autora principal del estudio Courtney Ellison, doctora en Filosofía y estudiante en el laboratorio de Brun.

“Estos resultados nos dicen que las bacterias perciben la superficie como la forma en que un pescador sabe que su sedal está atascado bajo el agua -agraga Brun–. Es solo cuando enroscan el carrete que sienten una tensión, lo que les dice que su sedal está atrapado. Los pili de las bacterias son sus sedales de pesca”.

El descubrimiento fue posible debido al nuevo método del equipo para observar cómo las bacterias usan pili para propagar biofilms. Lograron esta observación con tintes de florescencia administrados por expertos, entregados en la parte posterior de moléculas de maleimida más pequeñas, que revelaron el movimiento de estas “extremidades” microscópicas.

“Al utilizar colorantes fluorescentes para etiquetar estas estructuras microscópicas, podemos producir imágenes que muestran la primera evidencia directa del papel que desempeñan los pili para detectar superficies”, dice Brun. Para observar el movimiento de pili, el equipo de IU tuvo que superar un desafío: cómo visualizar las estructuras extremadamente delgadas y su movimiento.

Consiguieron superar este obstáculo mediante la sustitución de un único aminoácido dentro de la cadena de aminoácidos que componen el pili con otro aminoácido llamado cisterna. La maleimida, que administra los colorantes fluorescentes a las proteínas pili, se une a la cisterna. La maleimida es también la molécula utilizada para administrar la molécula grande a la cisterna en la proteína pili para bloquear físicamente el movimiento del pili.

“Es como encender una luz en una habitación oscura –explica Ellison–. Los pili se componen de miles de subunidades de proteínas llamadas pilinas, con cada proteína en la cadena compuesta de aminoácidos dispuestos como un lío enmarañado de luces de Navidad quemadas. Cambiar una sola luz puede iluminar toda la cadena”.

La creación de una molécula de cisterna que podría reemplazar un aminoácido en las pilinas sin afectar al comportamiento general de los pili fue un gran desafío, agrega. Las bacterias utilizadas en el experimento fueron ‘Caulobacter crescentus’, una bacteria comúnmente utilizada en experimentos de laboratorio.

“También utilizamos este método en este estudio para visualizar los tres tipos de pili producidos por ‘Vibrio cholerae’, una bacteria que causa el cólera”, apunta el coautor del estudio Ankur Dalia, profesor asistente de Biología en la UI. “Pili es fundamental para muchos aspectos de la virulencia de Vibrio, y ahora estamos usando esta poderosa herramienta para ver cómo se usan”, añade.

A continuación, Brun y sus colegas esperan desentrañar mecanismos precisos que vinculen el movimiento de pili y la producción de bioadhesivos, ya que los dos procesos parecen estar relacionados, pero la naturaleza exacta de la conexión se desconoce.

“Cuanto más entendemos acerca de la mecánica de pili en la formación de biofilms y la virulencia, más podemos manipular el proceso para evitar daños a las personas y los bienes”, concluye Brun.

Revista Zero