Científicos de California descubren el mecanismo de ‘cápsula de escape’ utilizado por las bacterias para sobrevivir

Un descubrimiento pionero revela un sorprendente mecanismo de “cápsula de escape” en comunidades bacterianas previamente estudiadas en relación con los ambientes marinos. Este es el primer registro conocido de tal comportamiento en el reino bacteriano.

Al final de su ciclo de vida, estos cúmulos microscópicos liberan estratégicamente un grupo de células, asegurando así la continuidad de la especie mediante la formación de nuevas colonias.

Los científicos pudieron utilizar estos nuevos conocimientos para desmantelar las biopelículas, lo que abre una vía prometedora para combatir las bacterias que han desarrollado resistencia a los medicamentos.

Aunque la ciencia ficción lleva mucho tiempo explorando la idea de cápsulas de escape para salvar personajes, biólogos de la Universidad de California en San Diego (UC San Diego) han identificado una capacidad similar en colonias bacterianas, destacando una estrategia de supervivencia inesperada en el mundo microscópico.

Las biopelículas, que son agrupaciones de bacterias, crecen vigorosamente en diversas superficies. Estos conjuntos de células se encuentran frecuentemente en ecosistemas acuáticos, adhiriéndose a rocas y formando capas viscosas en tuberías, además de estar presentes en regiones del cuerpo humano como la piel y la cavidad bucal.

El equipo de la UC San Diego, dirigido por el profesor Gürol Süel de la Facultad de Ciencias Biológicas, fue el primero en registrar la eyección de biopelículas mientras investigaba la bacteria Bacillus subtilis. Hasta entonces, se creía que las biopelículas en disminución simplemente se desintegraban, pero un estudio comparativo reveló que la eyección de células es una característica muy rara, observada sólo en las medusas del reino animal, lo que hace que el descubrimiento bacteriano sea aún más singular.

“Descubrimos que, a medida que se acercan al final de su existencia, estas biopelículas lanzan células seleccionadas fuera de su estructura con gran energía”, explicó Süel, profesor del Departamento de Biología Molecular, al comentar la investigación publicada en Nature Microbiology el 7 de julio. Añadió que la biopelícula “detecta el peligro y, en respuesta, proyecta células hacia la comunidad, como si fueran cápsulas de escape”.

Mecanismo de defensa biológica en detalle.

Dirigido por los estudiantes de posgrado Todd Kwang-Tao Chou y Alejandra Dau-Martinez, el equipo empleó equipos de alta resolución para capturar imágenes de biopelículas a escala celular. Este enfoque innovador permitió un estudio más profundo de la matriz extracelular (MEC), una intrincada red molecular que une y sostiene las células. Además, la colaboración con investigadores de la Universitat Pompeu Fabra, en España, a través de modelos matemáticos, fue fundamental para desentrañar los principios físicos que rigen el proceso de eyección, hasta entonces un misterio.

Los investigadores del laboratorio de Süel identificaron que la fuerza impulsora detrás de esta eyección es una red polimérica autoorganizada, conocida como hidrogel. En particular, la creación de un polímero llamado ácido poli-γ-glutámico (γ-PGA) genera un hidrogel capaz de absorber hasta mil veces su propio peso en agua. La hinchazón resultante de la γ-PGA empuja las células internas, obligándolas a atravesar las capas externas y escapar de la biopelícula.

Impacto del descubrimiento y posibles aplicaciones en salud.

Los científicos concluyeron que esta capacidad de eyección es crucial para la resiliencia de las biopelículas. Ante la falta de nutrientes u otras adversidades, las biopelículas aseguran la perpetuación de su comunidad al expulsar células móviles, que luego pueden moverse y comenzar nuevas colonias en ambientes más favorables.

Según Süel, “el biofilm es consciente de que está al borde de la muerte, por lo que expulsa algunas de sus células para asegurarse de que puedan sobrevivir y persistir en otro momento”.

Después de describir minuciosamente el proceso, el equipo validó sus conclusiones controlando y modificando la función de eyección mediante métodos genéticos y químicos. Un resultado significativo fue la demostración de la posibilidad de inducir la desintegración de biopelículas mediante la sobreproducción de γ-PGA.

Teniendo en cuenta la alta resistencia de muchas biopelículas bacterianas a los antibióticos, un desafío cada vez mayor para la salud pública mundial, la capacidad de desintegrarlas ofrece una perspectiva revolucionaria. Este enfoque innovador podría convertirse en un nuevo método para erradicar comunidades bacterianas dañinas sin la necesidad de recurrir a productos farmacéuticos tradicionales, combatiendo potencialmente las llamadas “superbacterias”.

“Hemos demostrado que se puede inducir la dispersión de las biopelículas sin el uso de antibióticos o agentes químicos nocivos, simplemente mediante la sobreproducción de γ-PGA”, afirman los científicos en su estudio. Los hallazgos también pueden ofrecer información valiosa para comprender mejor la propagación del cáncer, dado que los tumores y las biopelículas bacterianas comparten similitudes, como la metástasis, el proceso por el cual las células tumorales se desprenden y se diseminan por todo el cuerpo.