Deconstruyendo la microbiología mordisco a mordisco
Sexto sentido bacteriano: detectar la muerte para sobrevivir
No todas las bacterias son lobos solitarios. Muchas especies se agruparán por millones para formar densos “felpudos”—probablemente los has visto en el desagüe de tu ducha si hace un tiempito demasiado largo desde que lo limpiaste por última vez.
Esta capacidad de la comunidad, llamada biopelícula, es a menudo una técnica esencial de supervivencia. Las comunidades complejas pueden ayudar a las bacterias individuales a sobrevivir cuando los nutrientes son escasos y el ambiente es severo o incluso en presencia de antibióticos. Sin embargo, estas biopelículas pueden ser increíblemente difíciles de deshacer y suponen una amenaza en entornos clínicos.
Pero aún no se comprende bien por qué y cómo se forman las biopelículas. Nuevas investigaciones han mostrado que algunas bacterias pueden formar biopelículas después de detectar la muerte de las bacterias que les rodean.
Las bacterias están constantemente amenazadas por virus, llamados fagos, los cuales pueden infectarlas y romperlas. Entre otras muchas cosas, las biopelículas ofrecen a las bacterias una protección excelente contra el ataque de fagos.
Investigadores de la Universidad Carnegie Mellon examinaron la respuesta de la bacteria Vibrio cholerae frente a fagos líticos (en este artículo puedes leer más sobre los fagos líticos). Cuando las bacterias se expusieron a los fagos, formaron estructuras parecidas a biopelículas, aunque al principio y durante varias horas, experimentaron muerte celular. Los investigadores confirmaron que esas estructuras eran verdaderas biopelículas, comprobando la expresión génica de un azúcar que, comúnmente, se encuentra en las biopelículas.
Si bien las bacterias del exterior de la película eran susceptibles a la infección por fagos, las bacterias que, por suerte para ellas estaban en el interior, estuvieron protegidas, lo que significa que las bacterias forman las biopelículas para protegerse de la actividad de los fagos.
Pero el cómo las bacterias sabían que los fagos estaban rondando aún no se conoce. Los investigadores proponen la teoría de que las bacterias son capaces de percibir a los propios fagos o a las bacterias muertas a su alrededor. Para precisar a qué exactamente estaban respondiendo las bacterias para formar la biopelícula, los investigadores introdujeron lisados celulares (bacterias que han muerto y se han roto) a las bacterias sanas.
Las bacterias expuestas al lisado celular incrementaron la producción de biopelículas sin la presencia de fagos. Las bacterias no respondían directamente a los fagos, sino a la muerte de sus compañeras. Pero ¿qué había exactamente en el lisado celular de las bacterias muertas para estimular la formación de biopelícula? Los investigadores buscaron, primero, si una molécula llamada poliamina norespermidina era la candidata. La molécula es abundante dentro de Vibrio cholerae, pero se secreta al exterior de la bacteria, por lo tanto, sólo puede ser percibida una vez que se rompe una bacteria.
Para comprobar si la poliamina norespermidina fue la instigadora de la formación de biopelícula, los investigadores desarrollaron bacterias incapaces de producir la molécula. Cuando esas bacterias se lisaron y se expusieron a las bacterias vivas, no ocurrió formación de biopelícula.
Por tanto, descubrieron la molécula a la que respondían las bacterias, pero los investigadores quisieron averiguar cómo esta molécula era percibida por las bacterias vivas. Estudios previos mostraron que un receptor llamado MbaA era responsable de regular la formación de biopelícula en respuesta a norespermidina.
Para determinar si el receptor MbaA se requería también para la formación de biopelícula en presencia de lisados celulares, usaron una estirpe bacteriana con un MbaA que no funcionaba. Cuando estas bacterias se expusieron al lisado celular bacteriano, la producción de biopelícula no ocurrió.
Para verificar que la formación de biopelícula protegía realmente a las bacterias en presencia de fagos, los investigadores calcularon la tasa de supervivencia en las bacterias silvestres y mutantes, bien con un MbaA mutado o incapaces de producir la poliamina norespermidina.
Si bien las bacterias normales fueron capaces de recuperar sus poblaciones después de exponerlas a los fagos, las bacterias mutantes no formadoras de biopelícula mostraron tasas de supervivencia más bajas.
Pero ¿puede la forma de detección de la lisis celular proteger de otras amenazas?
Algunas bacterias tienen la capacidad de secretar toxinas dentro de las bacterias que las rodean, usando lo que a veces se conoce como jeringa molecular. La inoculación de la toxina da como resultado la lisis celular de las desafortunadas bacterias que están en el extremo receptor.
Para determinar si este tipo de lisis celular podía evitarse mediante la formación de biopelícula, los investigadores mezclaron sus bacterias silvestres y mutantes con Acinetobacter baylyi, una bacteria que contiene la jeringa molecular. Sólo cuando las bacterias silvestres fueron tratadas previamente con poliamina norespermidina incrementaron la supervivencia, comparando con las mutantes, lo que significó que la actividad lítica de Acinetobacter baylyi era demasiado rápida como para que se formara la biopelícula. Sin embargo, la protección ofrecida por el pretratamiento de poliamina norespermidina indica que la formación de la biopelícula protege a las bacterias de distintos tipos de lisis.
Las bacterias se enfrentan a muchas amenazas diferentes durante su vida; cómo cambian su estilo de vida para protegerse de esas amenazas todavía necesita esclarecimiento. Sin embargo, esta investigación ha aclarado una importante parte del puzle, pues algunas bacterias son capaces de percibir la muerte y responder adecuadamente.
Link to the original post: Prentice, J.A., van de Weerd, R. & Bridges, A.A. Cell-lysis sensing drives biofilm formation in Vibrio cholerae. Nat Commun 15, 2018 (2024).
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traducido por: Eduardo Villalobo
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