La sofisticada arma de las bacterias para figurar entre los seres vivos m¨¢s r¨¢pidos del mundo

Las bacterias, los organismos m¨¢s abundantes del planeta y responsables desde de generar la placa dental hasta de mantener la fertilidad de la tierra, tienen apariencia simple y un tama?o insignificante a escala humana (entre 0,5 y 5 micr¨®metros de longitud). Sin embargo, estos microorganismos, capaces de desarrollar resistencia a los antibi¨®ticos y suponer una amenaza para millones de personas, son, seg¨²n la microbi¨®loga Marta Pulido-S¨¢nchez, de la Universidad Pablo de Olvide (UPO) y del Centro Andaluz de Biolog¨ªa del Desarrollo (CABD), ¡°una aut¨¦ntica m¨¢quina molecular¡±. Comprenderla abre la puerta a desarrollos tecnol¨®gicos y a tratamientos para favorecerla, cuando es beneficiosa, o limitarla, cuando no. Un equipo de la UPO y el CABD ha desvelado uno de los mecanismos fundamentales de las bacterias para colonizar espacios: los flagelos, una estructura que las convierte en uno de los seres vivos m¨¢s r¨¢pidos del mundo, ya que pueden recorrer en un solo segundo el espacio equivalente a 100 veces su longitud. Como si una persona de 1,70 metros se moviera a unos 600 kil¨®metros por hora.

En el cuerpo de las personas hay aproximadamente 10 veces m¨¢s c¨¦lulas bacterianas que humanas. En muchos casos son inofensivas o incluso beneficiosas, como las que forman parte del microbioma del tracto digestivo. Sin embargo, las pat¨®genas suponen una amenaza cada vez mayor. Su capacidad de supervivencia depende en gran parte de su aptitud para desplazarse, funci¨®n que utilizan para colonizar espacios o huir de amenazas. En este sentido, Pulido-S¨¢nchez explica: ¡°Estudiar c¨®mo se comportan y funcionan las bacterias es determinante para conocer los numerosos procesos fundamentales para la vida en los que participan¡±.

El Centro Andaluz de Biolog¨ªa del Desarrollo, centro mixto de la UPO, el Consejo Superior de Investigaciones Cient¨ªficas (CSIC) y la Junta de Andaluc¨ªa, lleva m¨¢s de una d¨¦cada estudiando c¨®mo las bacterias forman comunidades que generan, por ejemplo, la placa dental o una infecci¨®n grave. Una de las claves es su movilidad, una funci¨®n vital para colonizar, defenderse o atacar. Y el arma clave de esta es el flagelo, un complejo molecular alargado formado por hasta 30 prote¨ªnas diferentes, seg¨²n la especie, capaz de propulsar a la bacteria a velocidades ¨²nicas y dirigirla a nuevos espacios.

Este reino de la velocidad proporcional al cuerpo est¨¢ dominado por los organismos microsc¨®picos. El r¨¦cord, seg¨²n la Universidad de Ratisbona (Alemania), es para la arquea, un organismo unicelular capaz de recorrer en un segundo una distancia equivalente a 500 veces su tama?o.

El flagelo bacteriano se parece a las h¨¦lices. El motor biol¨®gico est¨¢ anclado a la pared celular y convierte una corriente el¨¦ctrica (de protones) en movimiento de rotaci¨®n. Un sistema, a modo de interruptor, permite cambiar el sentido del giro al actuar sobre un eje que conecta la fuente de energ¨ªa con el filamento, el ap¨¦ndice proteico que sobresale de la c¨¦lula y que funciona como las palas de la h¨¦lice. Entender esta estructura singular es fundamental, ya que eliminar o alterar cualquiera de las partes que conforman esta ¡°m¨¢quina molecular¡± permitir¨ªa interrumpir las funciones del sistema o aprovecharla, seg¨²n relata la microbi¨®loga espa?ola, para dirigir, por ejemplo, un f¨¢rmaco a un determinado lugar del organismo.

En este sentido, Martin Schmeing, profesor de bioqu¨ªmica en la Universidad de McGill (Canad¨¢) y autor de un reciente estudio sobre bacterias publicado en Nature Chemical Biology, destaca la importancia del motor energ¨¦tico bacteriano: ¡°Las bacterias pueden almacenar recursos adicionales para los tiempos de vacas flacas. Es un poco como mantener una alcanc¨ªa o llevar una bater¨ªa de respaldo¡±. La enzima que produce estas bater¨ªas se ha investigado para el tratamiento de aguas y para la creaci¨®n de nanoves¨ªculas sensibles al calor para su uso en la administraci¨®n dirigida de f¨¢rmacos.

Por su parte, Blas Vinagre, catedr¨¢tico de Ingenier¨ªa el¨¦ctrica, electr¨®nica y autom¨¢tica de la Universidad de Extremadura, ha expuesto en la Uned las oportunidades de crear robots nadadores tipo flagelo bacteriano por sus aplicaciones en diferentes campos, desde la medicina (procedimientos diagn¨®sticos y terap¨¦uticos menos invasivos) hasta la industria (tareas de inspecci¨®n en infraestructuras y m¨¢quinas).

El trabajo que ha desvelado la maquinaria del flagelo bacteriano, dirigido por Fernando Govantes, cient¨ªfico del ?rea de Microbiolog¨ªa de la Universidad Pablo de Olavide, ha sido publicado en la revista Environmental Microbiology. El investigador explica que han utilizado como organismo modelo la Pseudomonas putida, ¡°una bacteria¡±, seg¨²n afirma, ¡°de gran inter¨¦s en biotecnolog¨ªa ambiental y agricultura, ya que se asocia a las ra¨ªces de las plantas y promueve su crecimiento, a la vez que las protege de posibles pat¨®genos¡±.

En esta bacteria, las instrucciones para fabricar las piezas del flagelo se encuentran agrupadas juntas en el genoma, como si fueran un manual, seg¨²n detalla la UPO y el CSIC. El modelo que la comunidad cient¨ªfica asum¨ªa hasta ahora se basaba en que los genes flagelares se expresan por grupos muy definidos en tres o cuatro oleadas de manera secuencial denominados saltos de la cascada. Primero se expresan las prote¨ªnas que dan la orden a la c¨¦lula para empezar a construir el flagelo. Estas prote¨ªnas se encargan de hacer que se exprese el n¨²cleo central de la m¨¢quina que se inserta dentro de la pared celular. M¨¢s tarde, otras dan la orden para construir el filamento que se extiende hacia afuera de la bacteria.

Govantes detalla: ¡°Sin embargo, con la estrategia que hemos seguido integrando resultados de an¨¢lisis diferentes, hemos descubierto en la Pseudomonas putida que la realidad es mucho m¨¢s compleja: no solo existen estos saltos en la cascada, sino que nos encontramos con un segundo nivel de regulaci¨®n superpuesto: prote¨ªnas que ordenan la construcci¨®n de las ¨²ltimas piezas de la m¨¢quina tambi¨¦n ordenan que se fabriquen m¨¢s piezas de las iniciales. Adem¨¢s, cuando se escriben las instrucciones para hacer el filamento, se escriben a la vez las que hacen que la c¨¦lula vuelva a iniciar la s¨ªntesis del flagelo desde el principio¡±.

Pulido-Sanchez precisa: ¡°Las instrucciones se solapan unas con otras; es decir, que cuando se escriben las instrucciones para fabricar los ¨²ltimos componentes, las ¨²ltimas piezas del flagelo, se escriben a la vez las instrucciones para fabricar la prote¨ªna responsable de iniciar la s¨ªntesis¡±. El sentido de este ¨²ltimo mecanismo, desconocido hasta ahora, ser¨¢ uno de los campos de investigaci¨®n del grupo.

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