Un estudio dirigido por investigadores de la Universidad de Indiana, publicado el 26 de octubre en la revista Ciencias , informa un nuevo método para determinar cómo las bacterias detectan el contacto con las superficies, una acción que desencadena la formación de biopelículas:estructuras multicelulares que causan importantes problemas de salud en las personas y amenazan la infraestructura crítica, como sistemas de agua y alcantarillado.

Se estima que las biopelículas contribuyen a aproximadamente el 65 por ciento de las infecciones humanas y causan miles de millones en costos médicos cada año. Ellos jugaron un papel infame en los niveles inseguros de coliformes en el suministro de agua de 21 millones de estadounidenses a principios de la década de 1990 y, más recientemente, probablemente jugó un papel en varios brotes de la enfermedad del legionario en Flint, Michigan. También contribuyen con regularidad a los brotes mundiales de cólera.

Las biopelículas causan graves daños en la industria, incluyendo la obstrucción de los sistemas de filtración de agua o la ralentización de los buques de carga mediante la "bioincrustación" de los cascos de los vehículos, con un costo estimado de $ 200 mil millones por año solo en los EE. UU. También existen biopelículas beneficiosas, como los que ayudan a la digestión o ayudan a descomponer la materia orgánica en el medio ambiente.

Los investigadores, dirigido por el distinguido profesor de biología de IU, Yves Brun, descubrió la forma en que las bacterias detectan y se adhieren a las superficies. Los investigadores también descubrieron un método para engañar a las bacterias haciéndoles creer que están detectando una superficie.

El equipo demostró que las bacterias usan apéndices parecidos a pelos ultrafinos llamados pili que se extienden desde la célula y se retraen dinámicamente para sentirse y adherirse a las superficies y, en última instancia, producir biopelículas. El pili deja de moverse después de sentir una superficie, después de lo cual las bacterias comienzan a producir una sustancia extremadamente pegajosa, o "bioadhesivo, "que impulsa el apego a las superficies y la formación de biopelículas.

Para engañar a las bacterias para que detecten una superficie, El equipo de Brun adjuntó una gran molécula de maleimida a los pili para bloquear eficazmente el movimiento de las estructuras similares a pelos.

"Es como intentar tirar de una cuerda con un nudo en el medio a través de un agujero; la molécula de maleimida no puede pasar por el agujero que la célula usa para extender y retraer los pili, "dijo Courtney Ellison, autor principal del estudio y un Ph.D. estudiante en el laboratorio de Brun.

"Estos resultados nos dijeron que las bacterias sienten la superficie como un pescador sabe que su línea está atascada bajo el agua, "Brun agregó." Es solo cuando se enrollan en la línea que sienten una tensión, que les dice que su línea está atrapada. Los pili de las bacterias son sus líneas de pesca ".

El descubrimiento es posible gracias al nuevo método del equipo para observar cómo las bacterias usan pili para propagar biopelículas. Llevaron a cabo esta observación con tintes fluorescentes administrados por expertos, administrados en la parte posterior de moléculas de maleimida más pequeñas, que revelaron el movimiento de estas "extremidades" microscópicas.

"Al utilizar tintes fluorescentes para etiquetar estas estructuras microscópicas, somos capaces de producir imágenes que muestran la primera evidencia directa del papel que juegan los pili para detectar superficies, "Dijo Brun.

Para observar el movimiento de pili, El equipo de IU tuvo que superar un desafío:cómo visualizar las estructuras extremadamente delgadas y su movimiento. Lo hicieron sustituyendo un solo aminoácido dentro de la cadena de aminoácidos que componen los pili con otro aminoácido llamado cisteína. La maleimida, que entregó los tintes fluorescentes a las proteínas pili, se une a la cisteína. La maleimida también es la molécula que se utiliza para entregar la molécula grande a la cisteína en la proteína pili para bloquear físicamente el movimiento de los pili.

"Es como encender una luz en una habitación oscura, "Ellison dijo." Los pili están compuestos por miles de subunidades de proteínas llamadas pilinas, con cada proteína de la cadena compuesta de aminoácidos dispuestos como una maraña de luces navideñas quemadas. Cambiar una sola luz puede iluminar toda la cuerda ".

Diseñar una molécula de cisteína que pudiera reemplazar un aminoácido en las pilinas sin afectar el comportamiento general de las pilinas fue un gran desafío. ella añadió. Las bacterias utilizadas en el experimento fueron Caulobacter crescentus, una bacteria comúnmente utilizada en experimentos de laboratorio.

"También usamos este método en este estudio para visualizar los tres tipos de pili producidos por Vibrio cholerae, una bacteria que causa el cólera, "dijo el coautor del estudio, Ankur Dalia, un profesor asistente de biología de IU. "Los pili son fundamentales para muchos aspectos de la virulencia de Vibrio, y ahora estamos utilizando esta poderosa herramienta para comprender cómo los usan ".

Próximo, Brun y sus colegas esperan desentrañar los mecanismos precisos que vinculan el movimiento de pili y la producción de bioadhesivos. ya que los dos procesos parecen relacionados, pero la naturaleza exacta de la conexión sigue siendo desconocida.

"Cuanto más entendemos sobre la mecánica de los pili en la formación de biopelículas y la virulencia, cuanto más podamos manipular el proceso para evitar daños a las personas y la propiedad, "Dijo Brun.