El suicidio permite que las bacterias encontradas en infecciones oportunistas creen una biopelícula tolerante a antibióticos, según un equipo que incluye investigadores del Instituto Politécnico Rensselaer RPI. En un trabajo publicado recientemente en Current Biology, los investigadores encontraron que una molécula secretada por la bacteria Pseudomonas aeruginosacausa un colapso en la cadena respiratoria, matando a parte de la población y desencadenando la creación de una biopelícula entre los sobrevivientes, lo que confiere una mayor tolerancia a los antibióticos.
"Lo que hemos encontrado es una vía suicida en la que el sacrificio de algunos conduce a un beneficio para la comunidad", dijo Blanca Barquera, profesora asociada de ciencias biológicas y miembro del Centro de Biotecnología y Estudios Interdisciplinarios CBISen Rensselaer. "Una de las moléculas de Pseudomonas se dirige a una de sus propias proteínas, y mientras algunas mueren, las que sobreviven son inducidas a hacer una biopelícula. Esta investigación nos ayuda a comprender cómo Pseudomonas crea biopelículas, y eso podría ayudarnos a prevenirbiofilms que juegan un papel en infecciones persistentes y recurrentes "
Pseudomonas es una bacteria común que generalmente crea infecciones graves en pacientes con sistemas inmunes debilitados por otras afecciones, como fibrosis quística, cáncer, VIH o una lesión traumática. A menudo, las células bacterianas secretan una sustancia pegajosa que las une en múltiplesLa formación de biofilms es uno de varios mecanismos que hacen posible que Pseudomonas resista múltiples antibióticos destinados a derrotarlo.
Los investigadores examinaron el papel del 2-n-heptil-4-hidroxiquinolina-N-óxido HQNQ, una molécula señal para la comunicación, que Pseudomonas produce bajo altas densidades de población. Los investigadores saben desde hace mucho tiempo que HQNQ inhibe la respiración. La moléculaincluso está disponible comercialmente para investigadores que buscan inhibir la respiración en experimentos con bacterias y mitocondrias de eucariotas. Pero su papel en la muerte celular programada y la formación de biopelículas que juegan un papel en las infecciones persistentes y recurrentes era previamente desconocido. Las infecciones persistentes y recurrentes a menudo son refractariasa los antibióticos debido a la tolerancia a los antibióticos de una subpoblación de células que no son mutantes resistentes a los antibióticos, sino que son células "latentes" que sobreviven a la muerte por antibióticos. Estas células forman una biopelícula dependiente de HQNQ.
El equipo de investigación determinó que HQNQ interrumpe el complejo del citocromo bc1, que desempeña un papel en las vías respiratorias ramificadas disponibles para Pseudomonas. Para algunas células, la interrupción del complejo del citocromo bc1 termina en la muerte celular. Pero las células que pueden activarselas vías respiratorias alternativas, que no son inhibidas por HQNQ, pueden sobrevivir.
"Los sobrevivientes que son células tolerantes a los antibióticos forman una biopelícula", dijo Barquera. "Sabemos que esto es parte de un proceso de señalización, pero cómo está regulado aún no está claro y requerirá más investigación".
Blanca Barquera y Teri Hreha en Rensselaer proporcionaron experiencia para determinar el papel del complejo bc1, que confirma la vía y el mecanismo para la muerte celular, que los investigadores han identificado. La investigación demuestra la "diferenciación" por la cual la fisiología de Pseudomonas permite diferentespoblaciones para seguir diferentes destinos.
"Durante mucho tiempo consideramos que todas las bacterias de la misma especie son iguales, y si estudias una, sabes de todo", dijo Barquera. "Pero ese no es el caso. Ahora estamos comenzando a entender esa señalizaciónlas vías hacen posible que surjan diferentes subpoblaciones en condiciones específicas "
En el trabajo futuro, Barquera dijo que el equipo espera identificar las vías de señalización en Pseudomonas que instruyen a algunas células a activar las vías alternativas, lo que les permite sobrevivir y crear biopelículas con células tolerantes a los antibióticos, conocimiento que allanará el camino a las estrategias para derrotarinfecciones
La investigación de Barquera ejemplifica el trabajo que se realiza en The New Polytechnic, abordando desafíos globales complejos y difíciles, la necesidad de una colaboración interdisciplinaria y verdadera, y el uso de las últimas herramientas y tecnologías, muchas de las cuales se desarrollan en Rensselaer.
La investigación, titulada "Envenenamiento automático de la cadena respiratoria por una molécula regulada por detección de quórum favorece la formación de biopelículas y la tolerancia a los antibióticos", fue dirigida por Laurence Rahme, de la Facultad de Medicina de Harvard, el Hospital General de Massachusetts y el Hospital Shriners para Niños,e incluyó investigadores de la Universidad de Tufts, la Universidad de Lausana en Suiza y la Universidad Hebrea de Israel, así como Rensselaer.
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Materiales proporcionado por Instituto Politécnico Rensselaer RPI . Original escrito por Mary L. Martialay. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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