Un nuevo estudio, que se publicará en Biología actual el 28 de junio, propone nuevas estrategias para inducir el colapso de las poblaciones bacterianas, manipulando las interacciones sociales en el patógeno humano Pseudomonas aeruginosa, una bacteria que causa infecciones pulmonares crónicas.
Un equipo de investigación dirigido por Karina Xavier, del Instituto Gulbenkian de Ciência IGC, Portugal, identificó nuevas formas de promover el llamado "comportamiento de engaño" en las comunidades bacterianas que pueden conducir al colapso de la población bacteriana, simplemente manipulandoLa composición química del medio ambiente.
Al igual que las sociedades humanas, las bacterias viven en comunidades e interactúan entre sí para adaptarse mejor al medio ambiente. Regularmente, producen compuestos que se comportan como bienes públicos, ya que se secretan a los alrededores y son consumidos por toda la población, beneficiando a toda la comunidad bacteriana. Sin embargo, algunas bacterias tienen mutaciones que les impiden producir esos bienes públicos. Estos mutantes bacterianos actúan como tramposos, beneficiándose de los bienes públicos sin contribuir a su producción.
"Al igual que las sociedades humanas, las poblaciones bacterianas tienen tramposos. Los ciudadanos que no trabajan pero dependen de los beneficios sociales proporcionados por los contribuyentes se benefician de todos los beneficios que cubren los impuestos, sin pagar el costo. Si muchos ciudadanos engañan, todo elel sistema colapsa. Lo mismo sucede con las bacterias. Los tramposos bacterianos se benefician de los bienes producidos por otras bacterias sin contribuir. Debido a que el engaño les permite ahorrar energía, pueden crecer más y más rápido. En última instancia, estos tramposos pueden superar en número a las bacterias que producen compuestos que conducen aextinción de la población, ya que los bienes públicos ya no serán suficientes para todos ", explica Özhan Özkaya, primer autor de este estudio y estudiante de doctorado en el laboratorio de Karina Xavier en el momento en que se realizó esta investigación.
Se sabía que la población bacteriana podría colapsar en presencia de un tramposo. Pero en la naturaleza, en un organismo infectado, la población bacteriana puede incluir varios mutantes que son deficientes en la producción de un compuesto diferente. Entonces, ¿qué sucede siotros tramposos están jugando el mismo juego?
Para investigar estas interacciones sociales, el equipo de investigación de IGC utilizó Pseudomonas aeruginosa, una bacteria patógena oportunista que infecta los pulmones y se encuentra comúnmente en pacientes con fibrosis quística. Las infecciones crónicas causadas por estas bacterias a menudo contienen varios mutantes bacterianos. El equipo de Xavier usó tubos de ensayo yplacas de Petri para crecer Pseudomonas aeruginosa normal y dos mutantes diferentes que fallaron en la producción de dos bienes públicos diferentes. Observaron que las interacciones entre esos dos mutantes y bacterias normales podrían evitar el colapso de la población ". Nuestros resultados muestran que cuando los tramposos se engañan mutuamente, el colapso de la población que podría ser causado por un tramposo puede prevenirse, y la población puede permanecer estable durante más tiempo. Bueno, eso puede ser muy bueno desde el punto de vista de la bacteria, pero malas noticias si quieres aclararuna infección por un patógeno desagradable ", dice Özhan Özkaya.
Para poder predecir cómo cambiar el destino de las poblaciones bacterianas con diferentes tramposos, los investigadores crearon un modelo matemático simple. Sus resultados mostraron que para cambiar las interacciones estables entre los diferentes tramposos y cooperadores es necesario cambiar el costode producir los bienes públicos. Una vez más, Özhan y otros miembros del equipo en el Laboratorio Xavier recurrieron a sus tubos de ensayo y placas de Petri para mostrar que al cambiar los nutrientes que se le dan a las bacterias podrían cambiar el costo de estas acciones cooperativas y liderar una población establea la extinción.
"En los últimos años hemos avanzado tremendamente en la comprensión de cómo interactúan las bacterias entre sí. Este enfoque novedoso nos ha permitido desarrollar predicciones e ideas sobre cómo las comunidades bacterianas pueden ganar o sufrir cooperación o trampas. En mi opinión, medicamentos novedososque bloquean los comportamientos sociales bacterianos, posiblemente en combinación con los antibióticos tradicionales, serán más eficientes para eliminar infecciones y serán la solución al problema de la resistencia a los antibióticos ", dice Karina Xavier.
Usando la economía para entender la microbiología
Al contrario de lo que uno podría pensar inicialmente, las teorías de la economía pueden contribuir a comprender los comportamientos de las comunidades de organismos distintos de los humanos. Los investigadores han estado utilizando conceptos de la economía para estudiar las interacciones sociales de las bacterias. Dos de ellas son la "Tragedia de laCommons "y el" Dilema del bien público ". Según las teorías basadas en la economía, estos conceptos predicen que las sociedades humanas pueden sufrir elecciones individuales que descuidan el bienestar de la comunidad en la búsqueda de ganancias personales, es decir, cuando se benefician de un bien públicoEsto es lo que se observa en comunidades bacterianas que incluyen mutantes bacterianos deficientes para la producción de compuestos que son utilizados por toda la comunidad. Este nuevo estudio del equipo de IGC ejemplifica cómo se puede utilizar esa comprensión para establecer estrategias para manipular los patógenos bacterianos.
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Materiales proporcionado por Instituto Gulbenkian de Ciencia . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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