El estudio del biofilm que producen las bacterias: clave para el desarrollo de terapias anibióticas

Investigadores de Princeton han revelado la mecánica de cómo las bacterias se acumulan en masas viscosas formando biofilms (bioláminas), generando una fortaleza que dificulta la eficacia del sistema inmune y de los antibióticos frente a determinadas infecciones. La clave estaría en encontrar herramientas terapeúticas para deshacer estas películas y dejar desarmada a la bacteria. 

En un estudio publicado en septiembre de 2016, se muestra el seguimiento de una única célula bacteriana que se convirtió en una biopelícula madura de 10.000 células con una arquitectura ordenada. El descubrimiento fue posible gracias a un método de microscopía especial pionera en Princeton por un ex investigador asociado postdoctoral, Knut Drescher, que permitió la obtención de imágenes de células individuales, dejando que los investigadores siguieran el proceso de construcción de una biopelícula en tiempo real: “Hemos utilizado una técnica para ver en el núcleo de la vida de biopelículas en crecimiento”, dijo Jing Yan, autor principal del estudio. “La investigación que produjo este documento se encuentra en la frontera entre la ciencia de los materiales, la ingeniería, la física y la biología y representa una colaboración fantástica de la Universidad de Princeton”,  dijo Bassler.

Los investigadores eligieron Vibrio cholerae (bacteria causante del cólera) como modelo para el estudio del biofilm. Se trata de una bacteria curvada, en forma de barra que vive como una célula que nada libremente en el agua salada y que cuando hace contacto con una partícula de alimentos, o en el caparazón de un cangrejo o un camarón, así como en una célula intestinal humana, la bacteria se adhiere y comienza a reproducirse. Los miembros de la colonia en expansión secretan una sustancia similar al pegamento para evitar ser arrastrados y para protegerse de las bacterias competidoras.

“La investigación que produjo este documento se encuentra en la frontera entre la ciencia de los materiales, la ingeniería, la física y la biología y representa una colaboración fantástica de la Universidad de Princeton”

Los esfuerzos previos para ahondar en cómo las células interactúan en una biopelícula floreciente habían fracasado debido a la insuficiente resolución óptica. Pero los investigadores de Princeton superaron este problema de varias maneras. En primer lugar, se modificaron genéticamente la cepa bacteriana haciendo que las células de proteínas brillaran intensamente cuando se ilumina con colores específicos. Las proteínas seleccionadas ofrecen la fluorescencia más brillante disponible, por lo que cada célula es más fácil de detectar, al tiempo que reduce la intensidad de la luz para las células potencialmente dañinas requeridas para el experimento.

El equipo utilizó un microscopio confocal, dispositivo que se centra en una sola porción de una muestra a partir de una cierta distancia. Al hacer cientos de observaciones, las imágenes pueden ser apiladas juntas para crear una imagen tridimensional de la muestra completa. “Es como mirar profundamente en el interior de un biofilm sin tener que cortarlo abierto”, dijo Yan.

Otro impulso para el equipo de investigación llegó a partir de algoritmos informáticos desarrollados originalmente para campos como la ciencia de los materiales.

Lo que el equipo de Princeton vio fue notable. Al principio, la colonia bacteriana se expandió horizontalmente en la superficie dada en el experimento. En cada división celular, las células hijas resultantes se quedaban firmemente unidas a la superficie junto con sus células madre. Presionadas por un número de bacterias en aumento, sin embargo, las células en el corazón de la colonia en expansión se vieron obligadas a desprenderse de la superficie y verticalmente. Así, la colonia pasó de una masa plana de dos dimensiones a una masa tridimensional, todo unido entre sí generando el desarrollo de la biopelícula.

El equipo de Princeton ahondó más en la genética detrás de este comportamiento celular. Un solo gen, denominado RBMA, es clave para el comportamiento en el que las nuevas células se conectan para desarrollar un biofilm tridimensional. Cuando los investigadores desactivaron el gen, forman una biopelícula grande, difusa y flexible. Cuando el RBMA se genera de manera normal, sin embargo, se desarrolló un biofilm más fuerte y denso dando como resultado que las células permanecieron vinculadas entre sí. Por lo tanto, el RBMA ofrece a la biopelícula su capacidad de recuperación, proporcionando información sobre un talón de Aquiles potencial que podría ser objeto de una intervención terapéutica.

El trabajo en curso está midiendo las fuerzas físicas experimentadas por las células edificantes en el centro de la biopelícula por lo que debe ser llevado a cabo con precisión. “Estamos trabajando para desarrollar un modelo matemático del crecimiento de la colonia bacteriana en el tiempo y cómo las características espaciales están vinculados a las características mecánicas de la biopelícula,” dijo Stone.

Los investigadores también planean aplicar esta técnica para investigar otras bacterias formadoras de biofilm relacionadas con enfermedades humanas. Un ejemplo: Pseudomonas aeruginosa, causa principal de infecciones pulmonares mortales para las personas con fibrosis quística. Otro patógeno: el Staphylococcus aureus, comúnmente llamado estafilococo.

Las técnicas de Yan y sus colegas han sido pioneras y podrían ayudar a los investigadores médicos sugiriendo fármacos y terapias para romper esta película protectora, con lo que los antibióticos, o el propio sistema inmunitario, puedan penetrar totalmente y acabar con los patógenos causantes de enfermedades.

Fuente: Princenton University

Otra publicación relacionada: Persistencia asociada a biofilm de patógenos transmitidos por los alimentos.

By | 2017-01-11T00:21:51+00:00 11 Enero 2017|menú principal, Noticias|0 Comments

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