Un novo estudo demostra que bacterias como Escherichia coli, que habitan no intestino humano e que son moi relevantes para a saúde, medran de forma predicible seguindo as leis da física tras sufrir exposición aos antibióticos. Os resultados da investigación evidencian o papel das forzas mecánicas e a xeometría celular nos procesos de división bacteriana, e abren novas vías para entender o comportamento microbiano e para desenvolver tratamentos antibióticos máis eficaces. Así o acaba de publicar un equipo do Instituto de Bioloxía Integrativa de Sistemas (I2SysBio), centro mixto do CSIC e da Universidade de Valencia, na revista Nature Communications.
Durante situacións de estrés, como as xeradas pola exposición a antibióticos, as bacterias poden interromper a súa división celular e comezar a medrar en forma de filamentos. É un mecanismo de resistencia bacteriana coñecido como “filamentación”, frecuente en infeccións como as do tracto urinario. Este crecemento xera tensións mecánicas que curvan e deforman os filamentos. O estudo, liderado polo investigador Javier Buceta, demostra que estas bacterias tenden a curvarse de forma predicible segundo as leis da física. “Este comportamento non é aleatorio, responde a unha mecánica estudada que regula como se distribúe a tensión na célula ao medrar”, explica o investigador.
Resposta biolóxica e comportamento mecánico
O traballo céntrase na filamentación inducida por antibióticos e demostra, por primeira vez en bacterias filamentosas como E. coli, que esta curvatura non só afecta a estrutura externa da célula (a súa forma), senón que tamén modifica procesos biolóxicos claves para a súa supervivencia e comportamento. Por exemplo, o cambio na forma celular altera a actividade dunha rede de proteínas chamada Min, que escanea a célula para determinar o sitio correcto de división.
Mediante un enfoque multidisciplinar, o estudo mostra como nas zonas de maior curvatura se observa unha menor concentración de ADN e de MinD (unha das tres proteínas principais que forman a rede Min), así como unha maior actividade da maquinaria de división celular. “Este fenómeno, que liga a resposta biolóxica co comportamento mecánico, está relacionado con fenómenos de transporte no interior da célula, xa que a curvatura modifica como se moven e se agrupan as proteínas na membrana celular. Isto supón a primeira demostración dun efecto de mecano-bioloxía en bacterias filamentosas”, asegura Buceta.
Neste sentido, o traballo evidencia que, unha vez desaparece o estrés, a célula tende a dividirse nos puntos de máxima curvatura, o que indica que conserva unha pegada das tensións sufridas. Esta memoria mecánica actúa como un marcador interno que guía futuras divisións cando as condicións volven ser favorables.
Novos tratamentos antibióticos
Sobre as implicacións destes achados, Marta Nadal, estudante de doutoramento e primeira autora do artigo, sostén que “esta perspectiva mecano-biolóxica abre novas liñas de investigación en biomedicina, onde se poderían explorar terapias que interfiran coas súas propiedades físicas ou estruturais”.
“Ademais, entender como as bacterias reteñen memoria de situacións adversas pode ser crucial para anticipar o seu comportamento tras tratamentos antibióticos, axudando a previr recaídas ou resistencias. No ámbito da saúde pública, este coñecemento podería aplicarse ao deseño de estratexias para o control de infeccións persistentes ou recorrentes, especialmente nun contexto de crecente resistencia aos antibióticos”, afirma Nadal.
A forma da bacteria guía o seu destino
“O noso traballo vai máis aló dos mecanismos bioquímicos tradicionais e revela que a física é un director fundamental na súa división”, indica Iago López Grobas, investigador posdoutoral Marie Curie no grupo e colíder da investigación. “En esencia, achegamos unha nova peza ao quebracabezas: a forma física da bacteria non é unha simple consecuencia do seu crecemento, senón un sinal activo que guía o seu destino. Isto é crucial para entender como as bacterias se dividen de maneira eficaz mesmo en condicións adversas, un coñecemento que pode ser explotado para desenvolver estratexias que interrompan este proceso e venzan a resistencia”, engade.
“Intríganos explorar se outros estímulos físicos da contorna, como campos eléctricos ou outras forzas mecánicas, tamén poden inducir alteracións e memorias similares no proceso de división. O obxectivo é crear un mapa completo de como as bacterias integran os sinais físicos da súa contorna para tomar decisións celulares, abrindo a porta a novas estratexias de loita contra as infeccións”, finaliza López Grobas.
A filamentación é un mecanismo clave de supervivencia das bacterias cando empezan a formar biofilms, comunidades estruturadas de bacterias que se adhiren ás superficies e que teñen un impacto negativo en múltiples sectores como a saúde ou a industria alimentaria. “Entender como a mecánica celular determina a forma e o comportamento de filamentos podería servir para deseñar materiais máis efectivos á hora de evitar ou controlar a formación de biofilms”, avanza Buceta. “Por exemplo, para fabricar catéteres con propiedades estruturais que interfiran coa filamentación bacteriana e poidan desestabilizar localmente os biofilms incipientes”, conclúe.
Referencia: E. coli filament buckling modulates Min patterning and cell division (Publicado en Nature Communications)
