Un estudio del Instituto de Biología Integrativa de Sistemas (I2SysBio), centro mixto del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) y la Universitat de València (UV), ha descubierto una «memoria mecánica» en bacterias ‘E. coli’ que resulta «clave» para comprender la resistencia a antibióticos. Este hallazgo podría cambiar la forma de abordar el tratamiento de infecciones bacterianas.
La investigación muestra que las bacterias ‘Escherichia coli’, que habitan en el intestino humano y son «muy relevantes» para la salud, crecen de forma predecible siguiendo las leyes de la física tras haber sufrido exposición a antibióticos. Los resultados, publicados en la revista Nature Communications, resaltan el papel de las fuerzas mecánicas y la geometría celular en los procesos de división bacteriana, lo que abre nuevas vías para entender el comportamiento microbiano y desarrollar tratamientos más eficaces.
Durante situaciones de estrés, como las generadas por la exposición a antibióticos, las bacterias pueden interrumpir su división celular y comenzar a crecer en forma de filamentos. Este mecanismo de resistencia bacteriana, conocido como filamentación, es frecuente en infecciones del tracto urinario. Este crecimiento provoca «tensiones mecánicas» que curvan y deforman los filamentos. El estudio, liderado por el investigador del I2SysBio Javier Buceta, demuestra que estas bacterias tienden a curvarse de forma predecible, lo que no es un comportamiento aleatorio, sino resultado de una mecánica estudiada que regula cómo se distribuye la tensión en la célula al crecer.
Respuesta biológica y comportamiento mecánico
El trabajo se enfoca en la filamentación inducida por antibióticos, mostrando por primera vez en bacterias como ‘E. coli’ que esta curvatura no solo afecta la forma de la célula, sino también modifica procesos biológicos clave para su supervivencia. Por ejemplo, el cambio en la forma celular altera la actividad de una red de proteínas llamada Min, que «escanea» la célula para determinar el sitio correcto de división.
A través de un enfoque multidisciplinar, el estudio revela que en las zonas de mayor curvatura se observa una menor concentración de ADN y de la proteína MinD, así como una mayor actividad de la maquinaria de división celular. «Este fenómeno, que vincula la respuesta biológica con el comportamiento mecánico, está conectado con el transporte dentro de la célula, ya que la curvatura influye en cómo las proteínas se mueven y se agrupan en la membrana celular, constituyendo la primera demostración de un efecto de mecano-biología en bacterias filamentosas», asegura Buceta.
Además, el estudio evidencia que, una vez que desaparece el estrés, la célula tiende a dividirse en los puntos de máxima curvatura, indicando que conserva una «huella» de las tensiones sufridas. Esta «memoria mecánica» actúa como un marcador interno que guía futuras divisiones cuando las condiciones mejoran.
Nuevos tratamientos antibióticos
Respecto a las implicaciones de estos hallazgos, Marta Nadal, estudiante de doctorado y primera autora del artículo, destaca 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». Entender cómo las bacterias retienen «memoria» de situaciones adversas podría ser fundamental para anticipar su comportamiento tras tratamientos antibióticos, ayudando a prevenir recaídas o resistencias.
La forma de la bacteria guía su destino
«Nuestro trabajo va más allá de los mecanismos bioquímicos tradicionales y revela que la física es un factor determinante en su división», señala Iago López Grobas, investigador postdoctoral ‘Marie Curie’ y colíder de la investigación. Añade: «La forma física de la bacteria no es solo una consecuencia de su crecimiento, sino una señal activa que guía su destino». Esto es clave para entender cómo las bacterias se dividen de manera efectiva incluso en condiciones adversas y podría ser utilizado para desarrollar estrategias que interrumpan este proceso y superen la resistencia.
Los investigadores también están interesados en explorar otros estímulos físicos del entorno, como campos eléctricos, para inducir alteraciones y «memorias» similares en el proceso de división. El objetivo es crear un mapa completo de cómo las bacterias utilizan señales físicas de su entorno para tomar decisiones celulares, abriendo la puerta a nuevas estrategias para combatir infecciones.
La filamentación es un mecanismo esencial para la supervivencia de las bacterias al comenzar a formar biofilms, comunidades estructuradas que se adhieren a superficies y afectan negativamente a múltiples sectores como la salud y la industria alimentaria. «Entender cómo la mecánica celular determina la forma y el comportamiento de filamentos podría ser útil para diseñar materiales más efectivos para prevenir o controlar la formación de biofilms», concluye Buceta, sugiriendo la posibilidad de elaborar catéteres que interfieran con la filamentación bacteriana y desestabilicen biofilms incipientes.
