¿Las bacterias controlan sus "caminatas" como lo hacemos nosotros? Puede sonar extraño, pero es una pregunta fundamental. Comprender la motilidad de las bacterias no solo expandiría nuestra comprensión de su comportamiento, sino que también nos ayudaría a combatir ciertos patógenos agresivos. Sin embargo, ella pregunta quedó sin respuesta porque a los microbiólogos les faltaron las herramientas para visualizar los filamentos bacterianos directamente.
Hasta ahora, eso es. Lorenzo Talà, un estudiante de doctorado en el laboratorio de Alexandre Persat en los Institutos de Bioingeniería y Salud Global de EPFL ha desarrollado un método de microscopía que puede observar directamente las estructuras que utilizan muchas bacterias para gatear.
"Las superficies bacterianas están decoradas con filamentos de proteínas implicados en la motilidad, adhesión, señalización y patogenicidad, que finalmente determinan cómo interactúan las bacterias con sus entornos", dice Talà. "Sin embargo, son tan pequeñas que observarlas en células vivas es extremadamente complejo".Por lo tanto, nos queda poco conocimiento de sus actividades dinámicas ".
Esto es especialmente cierto para las estructuras conocidas como "pili tipo IV": filamentos de ancho nanométrico que se extienden y se retraen de la superficie de muchas bacterias, ayudándoles a caminar de una manera conocida como "motilidad de contracción". El término podría no sonar muygrave, pero activa mecánicamente la virulencia en ciertos patógenos, lo que significa que es un objetivo principal para combatirlos.
Los científicos estudiaron la bacteria Pseudomonas aeruginosa , un patógeno oportunista que se encuentra comúnmente en el suelo. Es una de las bacterias más preocupantes desde el punto de vista médico: una de las principales causas de infecciones adquiridas en el hospital y de infecciones graves en fibrosis quística, quemaduras traumáticas y pacientes inmunocomprometidos, ahora está clasificada# 1 en la lista de vigilancia resistente a los antibióticos de la Organización Mundial de la Salud.
¿Pero las bacterias individuales orquestan el movimiento pili tipo IV para potenciar su motilidad? "En nuestros estudios de pili tipo IV y la mecanoactivación de la virulencia en Pseudomonas aeruginosa , una paradoja técnica ha sido una fuente de frustración: pili, pero también fimbrias, flagelos y sistemas de inyección se extienden permanentemente fuera de las células individuales, entonces, ¿por qué no podemos visualizarlos directamente? "
Para superar esto, los científicos exploraron un método de microscopía emergente creado por primera vez por su colaborador Philipp Kukura en la Universidad de Oxford. Utilizando una técnica llamada microscopía de dispersión interferométrica iSCAT, pudieron ver estos filamentos de nanómetros de ancho en células vivas, sin ningún tipo deetiquetas químicas, a alta velocidad y en tres dimensiones.
"iSCAT representa un gran avance tecnológico en microbiología", dice Persat. "Recientemente describimos la técnica de visualización y recibimos una gran cantidad de comentarios positivos entre los científicos en una variedad de disciplinas simplemente porque finalmente pudimos observar dinámicamente pili en bacterias vivas directamente de la cultura"."
Para comprender la coordinación de los movimientos de pili tipo IV, los científicos se centraron en cronometrar con precisión la sucesión de la fijación de la superficie, la retracción y los desplazamientos del cuerpo celular utilizando iSCAT. El enfoque reveló tres eventos clave que conducen a un movimiento exitoso y energéticamente eficiente a través de las superficies.
Primero, el contacto de la punta del pilus con la superficie activa un motor molecular que inicia la retracción. En segundo lugar, esta retracción mejora la fijación del pilus a la superficie, aumentando el desplazamiento de la bacteria. Finalmente, un segundo motor molecular más fuerte hace cumplir la bacteriadesplazamiento bajo alta fricción.
Esta secuencia muestra que los pili actúan como sensores y revela un nuevo mecanismo por el cual las bacterias interactúan con las superficies. También revela que las bacterias usan mecanismos sensoriales para coordinar el movimiento dinámico de sus máquinas de movilidad, en una analogía sorprendente con la forma en que los organismos superiores, incluidos los humanos, mueven sus extremidades para generar desplazamiento.
"El sistema nervioso central humano procesa señales mecanosensoriales para enganchar secuencialmente los componentes motores, desencadenando así la contracción muscular y dando lugar a la marcha", explica Talà. "Nuestro trabajo muestra que de la misma manera, las bacterias usan el sentido del tacto para enganchar secuencialmente molecularmentemotores, que generan ciclos de extensión y retracción de pili que resultan en un patrón de caminata ".
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Materiales proporcionado por Escuela Politécnica Federal de Lausana . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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