Investigadores del Instituto de Biología Integrativa de Sistemas han descubierto que las bacterias Escherichia coli poseen una 'memoria mecánica' que influye en su resistencia a los antibióticos. Este estudio revela que, tras la exposición a antibióticos, estas bacterias crecen en forma de filamentos y experimentan tensiones mecánicas que afectan su división celular. Los hallazgos sugieren que la curvatura de las células no solo altera su forma, sino también procesos biológicos vitales para su supervivencia. Esta nueva comprensión podría abrir caminos para desarrollar tratamientos antibióticos más efectivos y estrategias para controlar infecciones recurrentes, especialmente en un contexto de creciente resistencia bacteriana.
Un reciente estudio del Instituto de Biología Integrativa de Sistemas (I2SysBio), una colaboración entre el Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) y la Universitat de València (UV), ha revelado un fenómeno sorprendente en las bacterias Escherichia coli, organismos que residen en el intestino humano y desempeñan un papel crucial en la salud. Este trabajo, publicado en la revista Nature Communications, demuestra que estas bacterias crecen de manera predecible bajo la influencia de fuerzas mecánicas tras su exposición a antibióticos.
Los hallazgos indican que, durante episodios de estrés provocados por antibióticos, las bacterias interrumpen su proceso habitual de división celular y adoptan una forma filamentosa. Este mecanismo, conocido como ‘filamentación’, es común en infecciones del tracto urinario y genera tensiones mecánicas que afectan la estructura de los filamentos. Según Javier Buceta, líder del estudio, este comportamiento no es aleatorio; está regido por principios físicos que determinan cómo se distribuye la tensión durante el crecimiento celular.
El estudio también aborda cómo esta filamentación altera no solo la forma externa de las células, sino que impacta procesos biológicos fundamentales para su supervivencia. Por ejemplo, el cambio morfológico afecta a una red de proteínas llamada Min, encargada de identificar el lugar adecuado para la división celular.
A través de un enfoque multidisciplinario, los investigadores han demostrado que en las áreas con mayor curvatura se observa una menor concentración de ADN y MinD (una proteína clave en la red Min), así como una actividad aumentada en los mecanismos de división celular. “Este vínculo entre respuesta biológica y comportamiento mecánico representa la primera evidencia de mecano-biología en bacterias filamentosas”, afirma Buceta.
Las implicaciones de estos descubrimientos son significativas. Marta Nadal, estudiante doctoral y autora principal del artículo, sostiene que esta nueva perspectiva mecano-biológica podría abrir caminos innovadores en biomedicina. Se podrían investigar terapias que interfieran con las propiedades físicas o estructurales de las bacterias.
Nadal añade que comprender cómo las bacterias retienen memoria sobre situaciones adversas puede ser esencial para prever su comportamiento después de tratamientos antibióticos. Esta información podría ser utilizada para diseñar estrategias efectivas contra infecciones persistentes o recurrentes, especialmente ante el creciente problema de resistencia a los antibióticos.
Iago López Grobas, investigador postdoctoral Marie Curie involucrado en el proyecto, destaca que su investigación va más allá de los mecanismos bioquímicos tradicionales al demostrar que la física juega un papel fundamental en la división bacteriana. “La forma física de la bacteria no es simplemente un resultado del crecimiento; actúa como una señal activa que orienta su futuro”, señala López Grobas.
Los investigadores están interesados en explorar si otros estímulos físicos, como campos eléctricos o diferentes fuerzas mecánicas, pueden inducir alteraciones similares en el proceso divisional. El objetivo es crear un mapa integral sobre cómo las bacterias interpretan señales físicas del entorno para tomar decisiones celulares, lo cual podría dar lugar a nuevas estrategias para combatir infecciones.
La filamentación se presenta como un mecanismo crucial para la supervivencia bacteriana cuando forman ‘biofilms’, comunidades estructuradas que se adhieren a superficies y representan un desafío significativo tanto para la salud como para diversas industrias. Buceta concluye que entender cómo la mecánica celular influye en la forma y comportamiento de estos filamentos podría ser clave para desarrollar materiales capaces de prevenir o controlar biofilms. Esto incluye iniciativas como fabricar catéteres con propiedades estructurales diseñadas para interferir con la filamentación bacteriana y desestabilizar biofilms incipientes.
CSIC Comunicación – Comunidad Valenciana
Los investigadores del Instituto de Biología Integrativa de Sistemas (I2SysBio) descubrieron que las bacterias E. coli pueden crecer de forma predecible siguiendo las leyes de la física tras haber sido expuestas a antibióticos, lo que les permite desarrollar una 'memoria mecánica' que influye en su división celular.
La filamentación es un mecanismo de resistencia bacteriana donde las bacterias interrumpen su división celular y comienzan a crecer en forma de filamentos, lo cual es común en infecciones como las del tracto urinario.
La curvatura de las bacterias no solo altera su forma externa, sino que también modifica procesos biológicos clave para su supervivencia, afectando la actividad de una red de proteínas crucial para determinar el sitio correcto de división celular.
Estos hallazgos abren nuevas líneas de investigación en biomedicina, sugiriendo que se podrían explorar terapias que interfieran con las propiedades físicas o estructurales de las bacterias para prevenir recaídas o resistencias a los antibióticos.
El estudio revela que la física juega un papel fundamental en la división celular de las bacterias, ya que la forma física de la bacteria actúa como una señal activa que guía su destino y comportamiento bajo condiciones adversas.
Entender cómo la mecánica celular determina la forma y comportamiento de filamentos puede servir para diseñar materiales más efectivos que eviten o controlen la formación de biofilms, impactando positivamente en sectores como la salud y la industria alimentaria.