Las células bacterianas individuales pueden llevar una “memoria” de sus entornos pasados y transmitirla a través de generaciones, antes de olvidarla eventualmente. El hallazgo podría explicar por qué los antibióticos y las vacunas a veces fallan y podría señalar el camino hacia tratamientos más precisos.
Investigadores de la Universidad Hebrea de Jerusalem han diseñado una forma de descubrir una dimensión oculta de la vida bacteriana: la capacidad de los microbios individuales para “recordar” sus entornos pasados y transmitir esa memoria a su descendencia.
El descubrimiento, dirigido por la investigadora postdoctoral Dra. Raya Faigenbaum-Romm bajo la supervisión de la Prof. Nathalie Q. Balaban, en colaboración con los profesores Ilan Rosenshine y Maskit Bar-Meir, presenta un método innovador llamado Microcolony-seq que captura la memoria microbiana en las primeras etapas del crecimiento de la colonia.
Durante décadas, los biólogos han sabido que las bacterias, aunque genéticamente idénticas, a menudo se comportan de manera diferente. Algunas crecen rápido, otras lento; algunas resisten a los antibióticos mientras que otras sucumben. Pero hasta ahora, no estaba claro cuáles de estas diferencias eran accidentes fugaces y cuáles representaban estados genuinos y hereditarios.
“Lo que encontramos es que incluso una sola bacteria lleva una memoria duradera de dónde ha estado”, dice la Dra. Faigenbaum-Romm. “Cuando se divide, sus descendientes conservan esa memoria, a veces durante 20 generaciones o más”.
Microcolonias como una ventana a la memoria
El método Microcolony-seq funciona aislando pequeñas colonias que brotan de bacterias individuales, analizando su ARN, genomas y rasgos físicos. Este enfoque evita el ruido de los métodos de secuenciación de ARN de una sola célula, incluso los más recientes y vanguardistas, y revela si las diferencias entre las células son mutaciones genéticas o fenotipos heredados epigenéticamente.
Usando este método, el equipo descubrió estabilidades sorprendentes. Se demostró que patógenos como Escherichia coli y Staphylococcus aureus se dividen en subpoblaciones estables, incluso dentro de una sola infección. Algunos linajes activaron programas de virulencia que les ayudan a adherirse a las células huésped, mientras que otros activaron genes que favorecen la motilidad o la supervivencia en condiciones difíciles.
Curiosamente, el estudio mostró que esta memoria microbiana tiene límites. Cuando las bacterias alcanzan la “fase estacionaria” -el punto en el que se agotan los nutrientes-, la memoria se borra, reiniciando efectivamente la población.
Implicancias para la medicina
El descubrimiento tiene implicaciones urgentes para la salud humana. En infecciones del tracto urinario y del torrente sanguíneo, Microcolony-seq reveló la coexistencia de subgrupos bacterianos con perfiles distintos de resistencia a los antibióticos o virulencia. Una prueba clínica convencional que muestrea solo una colonia podría pasar por alto fácilmente a estos actores ocultos, lo que lleva a tratamientos que fallan.
La Prof. Balaban explica: “Una infección rara vez es una población uniforme de bacterias. Es más, como una coalición de diferentes actores, cada uno con sus propias fortalezas. Para diseñar terapias que realmente funcionen, necesitamos comprender y apuntar a todos ellos”.
Esto puede ayudar a explicar por qué tantos medicamentos y vacunas experimentales contra las infecciones por S. aureus han fracasado en los ensayos clínicos: se dirigieron a solo una parte de la población bacteriana, dejando a otras intactas.
Una nueva era para la investigación microbiana
Más allá de la relevancia médica inmediata, Microcolony-seq abre nuevas vías para explorar la vida microbiana. Proporciona una forma sistemática de estudiar cómo las bacterias se diversifican, cubren sus apuestas y se adaptan en tiempo real. Las aplicaciones futuras podrían extenderse a los patógenos fúngicos, el microbioma intestinal e incluso la fermentación industrial.
Como señala la Dra. Faigenbaum-Romm: “Hemos estado tratando a las bacterias como si fueran todas iguales, pero en realidad, incluso una sola célula lleva una historia de su pasado. Microcolony-seq nos permite finalmente leer esa historia”.
El trabajo de investigación titulado “Uncovering Phenotypic Inheritance from Single-Cells with Microcolony-seq” (Descubriendo la herencia fenotípica de células individuales con Microcolony-seq) ya está disponible en Cell.
Investigadores:
Raya Faigenbaum-Romm1, Noam Yedidi2, Orit Gefen1, Naama Katsowich-Nagar2, Lior Aroeti2, Irine Ronin1, Maskit Bar-Meir3,4, Ilan Rosenshine2 y Nathalie Q. Balaban1.
Instituciones:
1) Instituto de Física Racah, Universidad Hebrea de Jerusalem.
2) Departamento de Microbiología y Genética Molecular, Instituto de Investigación Médica Israel-Canadá, Facultad de Medicina, Universidad Hebrea de Jerusalem.
3) División de Pediatría y Enfermedades Infecciosas, Centro Médico Shaare Zedek.
4) Facultad de Medicina, Universidad Hebrea de Jerusalem.
