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La resistencia de los biofilms es el resultado de la
resolución de un conflicto social entre bacterias
El hallazgo de investigadores norteamericanos y españoles abre la puerta al desarrollo
de nuevos métodos para erradicar infecciones bacterianas en el cuerpo humano, y
también para la desinfección de superficies afectadas por biopelículas.
La mayoría de los organismos vivos se organiza en poblaciones formadas por un número
elevado de individuos. Esto es así incluso en organismos unicelulares simples como las
bacterias, que habitualmente conviven en grandes comunidades denominadas
biopelículas o biofilms. Estas comunidades pueden llegar a ser del orden de millones de
individuos y coexisten en condiciones de estrés debido a la escasez de nutrientes y a la
presencia de agentes tóxicos externos (como antibióticos y toxinas químicas). A pesar de
que han de enfrentarse a condiciones tan complicadas, los biofilms bacterianos son
notablemente resistentes y difíciles de erradicar.
Un estudio coordinado por los investigadores Jordi García-Ojalvo, del Departamento de
Ciencias Experimentales y de la Salud (CEXS) de la Universitat Pompeu Fabra, y Gurol Suel,
de la Universidad de California en San Diego, en Estados Unidos, demuestra cómo la
extraordinaria resistencia de los biofilms es el resultado de la resolución de un conflicto
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social entre bacterias del interior y de la periferia de la comunidad bacteriana. Los
resultados del trabajo se publican en Nature.
Como explica García-Ojalvo, "en situaciones de restricción de nutrientes, las bacterias
situadas en la periferia consumen la mayoría de los recursos disponibles y con ello limitan
enormemente los nutrientes que llegan al interior del biofilm. Por otra parte, el interior
depende de la periferia para protegerse de los ataques externos, al igual que sucedía en
las ciudades amuralladas en el pasado".
Así, hay un conflicto entre protección del conjunto del biofilm y la viabilidad del interior
del mismo. "Nuestro trabajo muestra, mediante una combinación muy estrecha de
experimentos de microscopía time-lapse y modelos matemáticos, que la comunidad de
bacterias resuelve este conflicto mediante paros cíclicos en el crecimiento del biofilm",
indica García-Ojalvo.
Un metabolito regula el ciclo de su crecimiento
Estas oscilaciones o paros cíclicos en el crecimiento del biofilm permiten a las células del
interior obtener los nutrientes que necesitan, evitando ser ahogadas por las de la
periferia. La viabilidad de las células de la periferia, al mismo tiempo, confiere a la
biopelícula una gran resistencia a los ataques externos.
Para conseguir que el biofilm detenga su crecimiento periódicamente, las células del
interior producen un metabolito esencial del que dependen las células de la periferia para
poder proliferar.
Marçal Gabaldà Sagarra, coautor del trabajo y miembro del equipo de García Ojalvo en el
CEXS, ha sido el responsable del desarrollo del modelo matemático del biofilm, y comenta:
"Hemos visto que se establece una codependencia metabólica que da lugar a un
comportamiento cíclico. Cuando el interior está tan estresado que deja de producir
metabolito, las células de la periferia se ven obligadas a dejar de crecer. Es entonces que
los nutrientes pueden llegar de nuevo en el interior y se vuelve a producir el metabolito, lo
que permite de nuevo el crecimiento de la periferia, reiniciándose así el ciclo".
García-Ojalvo añade: "Nuestro trabajo también sugiere el mecanismo para destruir el
biofilm". A pesar de lo que cabría esperar, esta estrategia se basa en favorecer el
crecimiento continuado de la periferia que termina ahogando el interior. Una vez que el
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interior del biofilm ha sido destruido, se puede actuar sobre la periferia con agentes
tóxicos (antibióticos y sustancias químicas) para erradicarlo completamente.
La relevancia de este estudio radica en el conocimiento que aporta para poder diseñar
estrategias para contrarrestar infecciones bacterianas en el cuerpo humano, y también
para la desinfección de superficies afectadas por biopelículas. Estos resultados podrían
ayudar también a entender el comportamiento de otras poblaciones celulares en
crecimiento, como lo son los tumores cancerosos y los agregados de células madre
embrionarias.
Fotografía de las oscilaciones (mostradas como líneas de contorno coloreadas) de un
biofilm en crecimiento. / SÜEL LAB, UC, SAN DIEGO
Nature (2015); doi:10.1038/nature14660
https://www.youtube.com/watch?v=qWkLS-u982A (ver vídeo)
https://www.youtube.com/watch?v=lA6zlskphmU (ver video)
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