Las bacterias en biopelículas tienen una comunicación entre ellas similar a los mecanismos que usan las neuronas cerebrales para transmitirse impulsos nerviosos.
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Las bacterias han estado sobre la Tierra desde el principio de los tiempos y lo seguirán estando una vez los humanos hayamos desaparecido. Son seres procariotas, sin núcleo diferenciado y muy simples.
Estas criaturas supuestamente solitarias forman algunas veces agregados o colonias en forma de biopelículas, que en ocasiones son la pesadilla de los médicos.
Las biopelículas bacterianas son comunidades que cuentan con millones de bacterias densamente empaquetadas. Estas comunidades pueden formar finas estructuras sobre las superficies, de ahí su nombre. Las bacterias que atacan los dientes pueden formar estas películas. También se pueden formar sobre las prótesis que sustituyen a los huesos humanos y en otros lugares. El problema es que estas biopelículas son resistentes a los antibióticos y a los agentes químicos.
Se suponía que la forma en la que estas bacterias se relacionan entre sí dentro de las biopelículas era muy simple. Un equipo de investigadores de UC San Diego ha descubierto que en realidad esto no es tal y que la comunicación social entre ellas es bastante sofisticada al emplear señales eléctricas similares a las que usan las neuronas para comunicarse entre sí, por ejemplo en el cerebro humano.
“Nuestro descubrimiento no sólo cambia la manera en la que pensamos acerca de las bacterias, sino que además cambia la manera en la que pensamos acerca de nuestro cerebro”, dice Gürol Süel (UC San Diego).
A veces el común de los mortales imagina el impulso nervioso como una suerte de cable de cobre por el que circulan electrones, pero no es así. El impulso nervioso está basado en unas proteínas de membrana llamadas bombas de iones que crean un desequilibrio de cierto tipo de iones (por ejemplo de potasio) a un lado y a otro de la membrana. Como los iones están cargados eléctricamente, se crea una diferencia de carga eléctrica entre ambas caras de la membrana, es esta diferencia de carga o potencial eléctrico el que puede viajar a lo largo de la membrana como impulso eléctrico. Membrana que puede formar una dendrita neuronal o un axón.
Nuestros sentidos, comportamiento, inteligencia o sentimientos emergen en última instancia de la comunicación eléctrica entre las neuronas, comunicación mediada por bombas de iones.
Según este nuevo estudio, las bacterias usan un sistema similar de comunicación para resolver el estrés metabólico y sugiere que los desórdenes que son disparados por estrés metabólico pueden tener un origen remoto en las bacterias. Süel dice que esto podría darnos una nueva perspectiva sobre cómo tratar esas condiciones desde el punto de vista médico.
Desde hace tiempo se sabía que las bacterias tienen bombas de iones e incluso se han usado estas bombas bacterianas para estudiar el impulso nervioso, pero hasta ahora no se sabía cómo las bacterias hacían uso de esta proteínas. Süel y su equipo se embarcaron en un estudio a largo plazo sobre este asunto usando biopelículas bacterianas.
Según este estudio, la comunicación que se da entre bacterias está encaminada a la resolución de conflictos sociales dentro de la comunidad bacteriana que forma la biopelícula de manera similar a lo que ocurre en las sociedades humanas.
En este caso los experimentos se realizaron con biopelículas formadas por Bacillus subtilis con un acceso sin restricciones al alimento exterior. Bajo estas condiciones las células individuales que allí conviven crecen hasta un cierto tamaño, pero las bacterias de la capa más exterior de la biopelícula periódicamente detienen su crecimiento para permitir que los nutrientes (especialmente el glutamato) fluyan hasta el centro de la biopelícula. De este modo, las bacterias del centro de la colonia se mantienen vivas y pueden sobrevivir al ataque de antibióticos y productos químicos protegidas por las del exterior.
La implementación de estas oscilaciones en el acceso a los nutrientes requiere de una organización amplia entre las bacterias de la periferia y las del interior de la biopelícula.
Las bacterias compiten por el glutamato, que es una molécula cargada eléctricamente. Se sabe que el glutamato es uno de los responsables de la comunicación neuronal en el cerebro humano. Por tanto, no era difícil pensar que esta molécula pudiera facilitar algún tipo de comunicación entre las bacterias. Así que estos investigadores diseñaron un experimento para demostrar (o rechazar) esta hipótesis.
Midieron cuidadosamente los cambios en la membrana celular de las bacterias durante las oscilaciones metabólicas y observaron que las oscilaciones en el potencial eléctrico de la membrana estaban sincronizadas con las oscilaciones en el crecimiento de las biopelículas. Además, encontraron que las bombas de iones de potasio eran las responsables del cambio del potencial en las membranas. Lo que es más, las oscilaciones en el potencial de membrana se propagaban a lo largo de grandes distancias en la biopelícula.
Estas ondas de iones cargados coordinaban la actividad metabólica entre las bacterias del interior y del exterior de la biopelícula según se propaga la onda a lo largo de la misma.
Cuando los investigadores eliminaron las bombas de potasio de las membranas de estas bacterias, pudieron comprobar que la biopelícula ya no era capaz de mantener este tipo de comunicación eléctrica.
“Tal y como se da en las neuronas de nuestro cerebro, encontramos que las bacterias usan bombas de iones para comunicarse entre sí mediante una señal eléctrica. De este modo, la comunidad de bacterias de la biopelícula parece funcionar como si fuera un cerebro microbiano”, dice Süel.
Süel especula además que, ya que este mecanismo es similar a un tipo de proceso que se da en el cerebro humano durante las migrañas y los ataques epilépticos, quizás sea concebible usar el tratamiento farmacológico usando para migrañas y la epilepsia contra las infecciones provocadas por biopelículas bacterianas.
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Fuentes y referencias:
Artículo original [2]
Ilustración: Suel lab.