Un nuevo trabajo de perspectiva revela información sobre el desarrollo de biopelículas bacterianas, destacando cómo estas comunidades se adaptan al estrés ambiental a través de interacciones complejas entre los procesos físicos y biológicos que ocurren en el entorno circundante. La investigación podría tener amplias implicaciones para campos como la medicina, las ciencias ambientales y la industria.
Dirigido por la Prof. Liraz Chai del Instituto de Química y del Centro de Nanociencia y Nanotecnología de la Universidad Hebrea de Jerusalem, y en colaboración con el Prof. Vasily Zaburdaev de la Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg y Max-Planck-Zentrum für Physik und Medizin, y el Prof. Roberto Kotler de la Escuela de Medicina de Harvard, esta perspectiva describe cómo los procesos físicos y químicos que ocurren en el espacio extracelular de las comunidades bacterianas trabajan juntos para dar forma a la morfología y fisiología de las biopelículas, lo que también les permite sobrevivir en entornos desafiantes.
Las biopelículas bacterianas, a menudo vistas como capas viscosas en diversas superficies, por ejemplo, catéteres, dientes e incluso raíces de plantas, se han estudiado durante mucho tiempo por su comportamiento complejo y resistencia a amenazas externas como los antibióticos. Sin embargo, este nuevo documento de perspectiva adopta un enfoque único al combinar la biología molecular con la biofísica para resaltar la importancia de los procesos extracelulares en lugar de intracelulares en la determinación de la organización de la biopelícula en estructuras complejas que se asemejan a los tejidos humanos.
Mediante el uso de Bacillus subtilis, una bacteria beneficiosa, como modelo, los investigadores pudieron observar de cerca las interacciones entre moléculas extracelulares y entre moléculas y células dentro de estas comunidades tanto a pequeña como a gran escala.
En su ensayo, los investigadores explican que es necesario ampliar la discusión de la matriz extracelular al espacio extracelular. La matriz extracelular es solo un componente dentro de un entorno complejo, inmerso en agua, nutrientes disueltos, moléculas de señalización, productos de desecho e iones metálicos. En este entorno, varios procesos físicos influyen directamente en la fisiología de la biopelícula, ya que las moléculas y las bacterias interactúan y se afectan mutuamente.
El estudio destaca el papel de las proteínas, los polisacáridos, los canales de agua y los iones metálicos en la configuración de la morfología de la biopelícula. Estos componentes ayudan a crear las arrugas macroscópicas y los canales llenos de agua que permiten que las biopelículas prosperen. Además de comprender las estructuras macroscópicas de las biopelículas, la investigación también profundiza en cómo los procesos a escala molecular permiten que las biopelículas se adapten a factores estresantes ambientales como la deshidratación. Los hallazgos sugieren que la comunicación cruzada entre las células en las biopelículas y los procesos moleculares en el espacio extracelular permiten que los procesos biológicos complejos, como la diferenciación, ajusten su fisiología para sobrevivir en entornos cambiantes.
Este trabajo sirve como un recordatorio de cuán estrechamente entrelazados están los procesos biológicos y físicos en la configuración del mundo microscópico. Al abrir nuevas posibilidades para comprender la compleja organización jerárquica del espacio-tiempo en biopelículas, desde la escala nanométrica de proteínas individuales hasta biopelículas completas a escala de centímetros, ofrece un emocionante paso adelante en la investigación de biopelículas, con aplicaciones potenciales en la lucha contra las infecciones relacionadas con las biopelículas, la mejora de los procesos industriales y la protección de los ecosistemas.
El artículo de investigación titulado “How bacteria actively use passive physics to make biofilms”, ya está disponible en PNAS.
Investigadores
Liraz Chai1,2,3, Vasily Zaburdaev4,5, Roberto Kolter6.
Instituciones
1) Instituto de Química, Universidad Hebrea de Jerusalem.
2) Centro para la Nanociencia y la Nanotecnología, Universidad Hebrea de Jerusalem.
3) Centro Max Planck de Queensland, Universidad Tecnológica de Queensland.
4) Departamento de Biología, Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg.
5) Centro Max Planck de Física y Medicina.
6) Departamento de Microbiología, Facultad de Medicina de Harvard.
