Un estudio del Instituto de Biología Integrativa de Sistemas (I2SysBio) revela que las bacterias Escherichia coli, esenciales para la salud intestinal, presentan una "memoria mecánica" que influye en su resistencia a los antibióticos. Esta investigación demuestra que, tras la exposición a antibióticos, las E. coli pueden crecer en filamentos y curvarse de manera predecible, lo que afecta su división celular y supervivencia. Los hallazgos sugieren nuevas vías para desarrollar tratamientos antibióticos más efectivos al comprender cómo estas bacterias retienen memoria de situaciones adversas, lo que podría ayudar a anticipar su comportamiento y prevenir recaídas o resistencias. Además, se plantea la posibilidad de diseñar estrategias para controlar infecciones persistentes mediante el aprovechamiento de las propiedades físicas de las bacterias.
Un reciente estudio del Instituto de Biología Integrativa de Sistemas (I2SysBio), que combina esfuerzos del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) y la Universitat de València (UV), ha revelado un hallazgo significativo sobre las bacterias Escherichia coli, organismos que habitan en el intestino humano y son cruciales para la salud. La investigación, publicada en la revista Nature Communications, demuestra que estas bacterias crecen de manera predecible siguiendo principios físicos tras ser expuestas a antibióticos.
Los resultados del estudio evidencian cómo las fuerzas mecánicas y la geometría celular influyen en los procesos de división bacteriana, lo que podría abrir nuevas vías para comprender el comportamiento microbiano y desarrollar tratamientos antibióticos más efectivos. En situaciones de estrés, como aquellas provocadas por antibióticos, las bacterias pueden detener su división celular y comenzar a crecer en forma de filamentos, un fenómeno conocido como ‘filamentación’, común en infecciones del tracto urinario.
La filamentación genera tensiones mecánicas que curvan y deforman los filamentos. El investigador Javier Buceta, quien lidera el estudio, señala que este comportamiento no es aleatorio, sino que responde a una mecánica específica que regula cómo se distribuye la tensión durante el crecimiento celular. Este descubrimiento subraya la importancia de entender cómo las condiciones externas pueden afectar la morfología y función de las células bacterianas.
El análisis se centra en cómo la curvatura provocada por la filamentación no solo altera la forma externa de las células, sino también modifica procesos biológicos esenciales para su supervivencia. Por ejemplo, el cambio en la morfología celular afecta a una red proteica llamada Min, encargada de determinar el sitio adecuado para la división celular.
El estudio revela que en las áreas con mayor curvatura hay una menor concentración de ADN y de MinD, una proteína clave en la red Min, así como un incremento en la actividad relacionada con la división celular. Buceta afirma que este fenómeno vincula respuestas biológicas con comportamientos mecánicos y está relacionado con el transporte interno dentro de la célula. Así, se presenta por primera vez evidencia de un efecto mecano-biológico en bacterias filamentosas.
Además, cuando cesa el estrés, las células tienden a dividirse en los puntos donde experimentaron máxima curvatura, sugiriendo que retienen una huella de las tensiones sufridas. Esta memoria mecánica actúa como un marcador interno que orienta futuras divisiones bajo condiciones favorables.
Marta Nadal, estudiante de doctorado y primera autora del artículo, destaca que esta perspectiva mecano-biológica abre nuevas líneas de investigación en biomedicina. Se podrían explorar terapias que interfieran con propiedades físicas o estructurales de las bacterias. Comprender cómo estas retienen memoria puede ser clave para anticipar su comportamiento tras tratamientos antibióticos y ayudar a prevenir recaídas o resistencias.
Nadal añade que este conocimiento tiene aplicaciones potenciales en salud pública al diseñar estrategias para controlar infecciones persistentes o recurrentes, especialmente ante el creciente problema de resistencia a los antibióticos.
Iago López Grobas, investigador postdoctoral Marie Curie y co-líder del estudio, enfatiza que su trabajo va más allá de los mecanismos bioquímicos tradicionales al resaltar el papel fundamental de la física en el proceso de división bacteriana. La forma física no es simplemente una consecuencia del crecimiento; es una señal activa que orienta el destino celular.
López Grobas expresa su interés por investigar si otros estímulos físicos del entorno podrían inducir alteraciones similares en el proceso divisional. El objetivo es crear un mapa completo sobre cómo las bacterias integran señales físicas para tomar decisiones celulares, lo cual podría dar lugar a nuevas estrategias contra infecciones.
La filamentación representa un mecanismo esencial para la supervivencia bacteriana al permitirles formar ‘biofilms’, comunidades estructuradas con efectos adversos tanto en salud como en industrias. Buceta concluye afirmando que entender cómo la mecánica celular influye en estos procesos podría facilitar el diseño de materiales capaces de prevenir o controlar biofilms indeseados.
La 'memoria mecánica' se refiere a la capacidad de las bacterias E. coli para recordar las tensiones sufridas durante situaciones de estrés, como la exposición a antibióticos, lo que influye en su posterior división celular.
La forma física de las bacterias no solo es una consecuencia de su crecimiento, sino que actúa como una señal activa que guía su destino y sus procesos biológicos, incluyendo la división celular.
La filamentación es un mecanismo de resistencia que permite a las bacterias sobrevivir bajo estrés, formando estructuras que pueden contribuir a infecciones persistentes o recurrentes.
Estos hallazgos sugieren nuevas líneas de investigación en biomedicina que podrían explorar terapias que interfieran con las propiedades físicas o estructurales de las bacterias para combatir la resistencia a los antibióticos.
Entender cómo la mecánica celular determina la forma y el comportamiento de filamentos podría llevar al diseño de materiales más efectivos para evitar o controlar la formación de biofilms, impactando positivamente en sectores como la salud y la industria alimentaria.