Descubren cómo las bacterias guardan 'memoria' de los antibióticos: así podrían diseñarse nuevos tratamientos

Un estudio del Instituto de Biología Integrativa de Sistemas, centro mixto del Consejo Superior de Investigaciones Científicas y la Universitat de València, demuestra que las bacterias Escherichia coli, que habitan en el intestino humano y que son muy relevantes para la salud, crecen de forma predecible siguiendo las leyes de la física tras haber sufrido exposición a los antibióticos. Los resultados han sido publicados en la revista Nature Communications. Se evidencia así el papel de las fuerzas mecánicas y la geometría celular en los procesos de división bacteriana. También se abren nuevas vías para entender el comportamiento microbiano y para desarrollar tratamientos antibióticos más eficaces.

¿Qué ocurre cuando tomamos antibióticos?

Durante situaciones de estrés como las generadas por la exposición a antibióticos, las bacterias pueden interrumpir su división celular y comenzar a crecer en forma de filamentos. Es un mecanismo de resistencia bacteriana conocido como 'filamentación', frecuente en infecciones como las del tracto urinario. Este crecimiento genera tensiones mecánicas que curvan y deforman los filamentos.

El estudio

Ha sido liderado por el investigador del I2SysBio Javier Buceta, y demuestra que estas bacterias tienden a curvarse de forma predecible según las leyes de la física. "Este comportamiento no es aleatorio, responde a una mecánica estudiada que regula cómo se distribuye la tensión en la célula al crecer", nos explica el investigador del CSIC.

El trabajo se centra en la filamentación inducida por antibióticos y demuestra, por primera vez en bacterias filamentosas como E. coli, que esta curvatura no sólo afecta a la forma de la célula, sino que también modifica procesos biológicos claves para su supervivencia y comportamiento. Por ejemplo, el cambio en la forma celular altera la actividad de una red de proteínas llamada 'Min', que escanea la célula para determinar el sitio correcto de división.

Mediante un enfoque multidisciplinar, el estudio muestra cómo en las zonas de mayor curvatura se observa una menor concentración de ADN y de MinD, así como una mayor actividad de la maquinaria de división celular. "Este fenómeno, que liga la respuesta biológica con el comportamiento mecánico, está relacionado con fenómenos de trasporte en el interior de la célula, ya que la curvatura modifica cómo se mueven y se agrupan las proteínas en la membrana celular. Esto supone la primera demostración de un efecto de mecano-biología en bacterias filamentosas", nos asegura Buceta.

En este sentido, el trabajo evidencia que, una vez desaparece el estrés, la célula tiende a dividirse en los puntos de máxima curvatura. Esto indica que conserva una huella de las tensiones sufridas.

Nuevos tratamientos antibióticos

Marta Nadal, estudiante de doctorado y primera autora del artículo, sostiene que "esta perspectiva mecano-biológica abre nuevas líneas de investigación en biomedicina, donde se podrían explorar terapias que interfieran con sus propiedades físicas o estructurales. Además, entender cómo las bacterias retienen memoria de situaciones adversas puede ser crucial para anticipar su comportamiento tras tratamientos antibióticos, ayudando a prevenir recaídas o resistencias. En el ámbito de la salud pública, este conocimiento podría aplicarse al diseño de estrategias para el control de infecciones persistentes o recurrentes, especialmente en un contexto de creciente resistencia a los antibióticos", nos afirma Nadal.

La filamentación es un mecanismo clave de supervivencia de las bacterias cuando empiezan a formar 'biofilms', comunidades estructuradas de bacterias que se adhieren a las superficies y que tienen un impacto negativo en múltiples sectores como la salud o la industria alimentaria.

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