Un estudio del Instituto de Biología Integrativa de Sistemas (I2SysBio) revela que las bacterias Escherichia coli desarrollan una 'memoria mecánica' que les permite adaptarse tras la exposición a antibióticos. Este fenómeno, conocido como filamentación, altera su forma y afecta procesos biológicos esenciales para su supervivencia. Los hallazgos indican que la curvatura de las células influye en su división y puede ser utilizada para diseñar tratamientos antibióticos más efectivos. La investigación abre nuevas vías en biomedicina, sugiriendo que manipular las propiedades físicas de las bacterias podría ayudar a combatir infecciones resistentes.
Un reciente estudio del Instituto de Biología Integrativa de Sistemas (I2SysBio), un centro conjunto del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) y la Universitat de València (UV), ha revelado que las bacterias Escherichia coli, presentes en el intestino humano y vitales para la salud, exhiben un crecimiento predecible tras ser expuestas a antibióticos. Los hallazgos, publicados en la revista Nature Communications, subrayan la influencia de las fuerzas mecánicas y la geometría celular en la división bacteriana, abriendo nuevas posibilidades para comprender el comportamiento microbiano y desarrollar tratamientos antibióticos más efectivos.
Durante episodios de estrés, como los provocados por los antibióticos, estas bacterias pueden interrumpir su proceso de división celular y comenzar a crecer en forma de filamentos. Este fenómeno, conocido como ‘filamentación’, es común en infecciones del tracto urinario. El estudio, dirigido por el investigador Javier Buceta, demuestra que este tipo de crecimiento genera tensiones mecánicas que curvan y deforman los filamentos. “Este comportamiento no es aleatorio; responde a una mecánica estudiada que regula cómo se distribuye la tensión en la célula al crecer”, explica Buceta.
El análisis se centra en cómo la filamentación inducida por antibióticos afecta no solo la forma externa de la célula, sino también procesos biológicos fundamentales para su supervivencia. Por ejemplo, el cambio en la morfología celular impacta en la actividad de una red proteica llamada Min, encargada de determinar el sitio adecuado para la división celular.
A través de un enfoque multidisciplinario, el estudio revela que en las áreas con mayor curvatura se observa una menor concentración de ADN y MinD (una proteína clave en la red Min), junto con una mayor actividad en el mecanismo de división celular. “Este fenómeno vincula la respuesta biológica con el comportamiento mecánico y está relacionado con fenómenos de transporte dentro de la célula”, asegura Buceta.
Las implicaciones de estos descubrimientos son significativas. Marta Nadal, estudiante de doctorado y primera autora del artículo, señala 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”.
Nadal añade que entender cómo las bacterias retienen memoria sobre situaciones adversas puede ser crucial para anticipar su comportamiento tras tratamientos antibióticos, lo que podría ayudar a prevenir recaídas o resistencias. “En salud pública, este conocimiento podría aplicarse al diseño de estrategias para controlar infecciones persistentes o recurrentes, especialmente ante el creciente problema de resistencia a los antibióticos”, concluye.
Iago López Grobas, investigador postdoctoral Marie Curie y colíder del proyecto, enfatiza que “nuestro trabajo va más allá de los mecanismos bioquímicos tradicionales y revela que la física juega un papel fundamental en su división”. Según él, “la forma física de la bacteria no es solo una consecuencia del crecimiento; es una señal activa que orienta su destino”. Este entendimiento es vital para desarrollar estrategias que interrumpan este proceso y superen la resistencia bacteriana.
López Grobas también expresa interés por investigar si otros estímulos físicos del entorno pueden inducir alteraciones similares en el proceso divisional. “Nuestro objetivo es crear un mapa completo sobre cómo las bacterias integran señales físicas para tomar decisiones celulares”, concluye.
La filamentación representa un mecanismo esencial para la supervivencia bacteriana al formar ‘biofilms’, comunidades estructuradas que afectan negativamente diversos sectores como la salud pública y la industria alimentaria. Buceta destaca que comprender cómo la mecánica celular determina tanto forma como comportamiento puede facilitar el diseño de materiales más eficaces para evitar o controlar biofilms.
Los investigadores del Instituto de Biología Integrativa de Sistemas (I2SysBio) encontraron que las bacterias E. coli pueden crecer de forma predecible siguiendo leyes físicas tras haber sido expuestas a antibióticos, lo que les permite entender mejor su resistencia.
La 'filamentación' es un mecanismo de resistencia bacteriana donde las bacterias interrumpen su división celular y crecen en forma de filamentos, lo cual es común en infecciones como las del tracto urinario. Este crecimiento genera tensiones mecánicas que afectan su comportamiento y supervivencia.
El estudio demostró que la curvatura de las bacterias no solo altera su forma externa, sino que también modifica procesos biológicos clave para su supervivencia, como la actividad de una red de proteínas que determina el sitio correcto para la división celular.
Los hallazgos sugieren nuevas líneas de investigación en biomedicina, donde se podrían explorar terapias que interfieran con las propiedades físicas o estructurales de las bacterias, ayudando a prevenir recaídas o resistencias tras tratamientos antibióticos.
Entender cómo las bacterias retienen memoria de situaciones adversas puede ser crucial para anticipar su comportamiento después de tratamientos antibióticos, lo que podría aplicarse al diseño de estrategias para controlar infecciones persistentes o recurrentes.