Resuelve el misterio del armamento de las bacterias

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Publicado: viernes, 1 diciembre 2023 7:29

MADRID, 1 Dic. (EUROPA PRESS) -

Un nuevo estudio dirigido por la Universidad de Oxford (Reino Unido) ha arrojado luz sobre por qué ciertas especies de bacterias portan sorprendentes arsenales de armas. Los resultados, publicados en la revista 'Nature Ecology & Evolution', podrían ayudar a diseñar microbios capaces de destruir patógenos mortales y reducir nuestra dependencia de los antibióticos.

Muchas especies de bacterias poseen múltiples armas para atacar a sus competidores. Entre ellas se encuentran las de corto alcance, que requieren el contacto directo con células vecinas, y las de largo alcance, como las toxinas que liberan al medio ambiente. Hasta ahora era un misterio por qué las bacterias habían evolucionado para portar un arsenal tan amplio de armas.

El profesor Kevin Foster, del Departamento de Biología y Bioquímica de la Universidad de Oxford y coautor del estudio, explica que, "a diferencia de los animales, que suelen llevar un único tipo de arma, como cuernos, astas o colmillos, las especies bacterianas suelen portar múltiples armas. Pero no estaba claro cuál era la base evolutiva de este hecho: ¿por qué no invertir en un solo tipo? Una de las teorías era que las bacterias llevan varias armas porque cumplen distintas funciones durante la competición", señala.

Los investigadores lo comprobaron utilizando el patógeno oportunista 'Pseudomonas aeruginosa', un patógeno de prioridad uno según la Organización Mundial de la Salud, debido a la rápida aparición de cepas multirresistentes. La 'P. aeruginosa' posee diversas armas, como la capacidad de producir diversas moléculas tóxicas (un arma de largo alcance) y filamentos cargados de toxinas anclados a su membrana externa (un arma de corto alcance).

El equipo diseñó una serie de experimentos para determinar en qué condiciones las armas de corto y largo alcance ofrecen una mayor ventaja. Utilizaron la edición del genoma para generar cepas de 'P. aeruginosa' que carecían de filamentos cargados de toxinas o de toxinas de largo alcance llamadas tailocinas y eran susceptibles a ellas. A continuación, las cepas susceptibles se cultivaron en placas de agar con 'P. aeruginosa' de control durante dos días, en una serie de proporciones diferentes. Como cada cepa expresaba una proteína fluorescente distinta, los investigadores pudieron cuantificar la proporción de bacterias atacantes frente a las susceptibles.

Los resultados demostraron claramente que las dos armas funcionan mejor en condiciones diferentes. Las tailocinas, el arma de largo alcance, sólo resultaban eficaces cuando las bacterias atacantes tenían una densidad elevada y eran más comunes que las de la competencia. Por otro lado, llevar filamentos cargados de toxinas proporcionaba una ventaja competitiva en una gama mucho mayor de condiciones. Esto incluía situaciones en las que las bacterias atacantes sólo estaban presentes en un número inicial bajo y tenían que competir con una población mayor de bacterias susceptibles.

A continuación, desafiaron a las dos cepas modificadas en competiciones directas cara a cara. Cuando las cepas empezaban con la misma frecuencia, las bacterias portadoras de filamentos cargados de toxinas tenían una clara ventaja. Sin embargo, ambas eran capaces de ganar cuando empezaban en mayoría.

Además, cuando las células podían utilizar ambas armas simultáneamente, eran capaces de suprimir las bacterias susceptibles significativamente mejor que las cepas que sólo utilizaban un arma, lo que demostraba que las armas de corto y largo alcance se complementaban entre sí.

Según los investigadores, los resultados demuestran que las armas de corto y largo alcance actúan de forma diferente según el escenario de la competición. El doctor Sean Booth, de la Universidad de Oxford y coautor del estudio, resalta que los resultados "demuestran que una ventaja particular de las armas dependientes del contacto es que son eficaces incluso cuando los usuarios están en desventaja numérica. Esto sugiere que pueden haber evolucionado para permitir a las bacterias invadir una población establecida, cuando son superadas en número por las bacterias residentes", añade.

Esta teoría fue respaldada por un modelo computacional que simulaba un número reducido de células atacantes que atacaban a una población mayor de células susceptibles. En el modelo, las células que utilizaban armas de corto alcance eran capaces de invadir con éxito la comunidad, mientras que las células que utilizaban armas de largo alcance no lo conseguían. Sin embargo, cuando las células que utilizaban armas de largo alcance estaban presentes en gran número y eran más comunes que la competencia, éstas se volvían extremadamente eficaces, dando a los atacantes una ventaja competitiva significativa.

Los investigadores estudian ahora cómo aplicar los resultados para diseñar microorganismos beneficiosos que puedan competir con las cepas patógenas.

El doctor William Smith, de la Universidad de Oxford y la Universidad de Manchester y coautor del estudio, subraya que "estos resultados han proporcionado información valiosa sobre el tipo de armas que necesitan las bacterias para invadir una comunidad y persistir en ella. En última instancia, esto podría ayudarnos a desarrollar métodos sin antibióticos para combatir las bacterias multirresistentes".