Dilucidar la formación de biopelículas pluricelulares cooperativas
Si bien se tiende a considerar a las bacterias como organismos unicelulares, lo curioso es que la mayoría opta por un estilo de vida pluricelular al formar biopelículas. Tal y como comenta Petya Krasteva, en la práctica las biopelículas son ciudades bacterianas cuyas estructuras y murallas se construyen a partir de polímeros secretados como, por ejemplo, los exopolisacáridos. «Lo que esto significa es que las bacterias pueden construir un entorno relativamente constante. Pueden protegerse de factores externos perjudiciales, como las respuestas inmunitarias del hospedador, y pueden participar en la división del trabajo», explica Krasteva, directora del equipo de Biología Estructural de Biopelículas del Instituto Europeo de Química y Biología. Las bacterias de las biopelículas pueden llevar a cabo un censo de macrocolonias. Cuando alcanzan un cuórum lo bastante grande como para anular el sistema inmunitario del hospedador, pueden programar la expresión de genes virulentos y colonizar nuevas superficies. «Dispersar las multitudes patógenas, o impedir que las bacterias formen comunidades pluricelulares en primer lugar, puede proporcionar una estrategia alternativa a los antibióticos tradicionales a la hora de contrarrestar la aparición y propagación de “superbacterias”», explica Krasteva, que dirigió el proyecto BioMatrix con el respaldo del Consejo Europeo de Investigación (ERC, por sus siglas en inglés).
Descifrar los procesos de detección y secreción de algunas células bacterianas
Las paredes y murallas de las macrocolonias bacterianas están hechas de polímeros secretados, por lo general exopolisacáridos (carbohidratos de cadena muy larga y de complejidad variable), pero también fibras proteicas e, incluso, un tipo de ADN extracelular. Krasteva explica: «Esas son macromoléculas son muy resistentes. Por ejemplo, pensemos en la celulosa empleada durante milenios para construir edificios o confeccionar indumentaria muy resistente». Aunque la secreción de estos polímeros heterogéneos depende de procesos del desarrollo muy complejos, muchos de ellos son activados por un único segundo mensajero intracelular, el dinucleótido cíclico c-di-GMP. El proyecto BioMatrix se centró en dilucidar cómo se llevan a cabo algunos de estos procesos de detección de c-di-GMP y secreción de polímeros en la célula bacteriana, y cómo esto da lugar a la formación de biopelículas pluricelulares cooperativas con una arquitectura compleja.
Ingeniería inversa de películas bacterianas para detectar puntos débiles
El equipo del proyecto empleó sobre todo la criomicroscopía electrónica y la cristalografía de rayos X para obtener imágenes de alta resolución de las proteínas y complejos proteicos codificados. En la práctica, esto proporcionó un plano molecular preciso de la nanomaquinaria bacteriana estudiada. Esa labor es un caso de ingeniería inversa. «En el mejor de los casos, logramos tener tanto la arquitectura general de la maquinaria como una lista detallada de las piezas que la componen y, a partir de ahí, se convierte un poco en el trabajo de un mecánico coches de desmontar y reconstruir un motor para saber exactamente cómo funciona y, lo que es más importante, qué es básico para su funcionamiento», señala Krasteva.
Alteración del mecanismo de desarrollo de películas bacterianas
Es más, la identificación de los componentes básicos como un aminoácido en el sitio activo de una proteína, una interfaz entre subunidades de un complejo mayor o un motivo regulador en el cromosoma bacteriano puede servir como una diana muy específica para el diseño de compuestos que alteren la actividad. La subvención del ERC permitió al proyecto trasladar su laboratorio a un instituto mejor equipado, donde sus integrantes tuvieron acceso directo a infraestructuras punteras. Ello les permitió alcanzar satisfactoriamente objetivos que en un principio estaban fuera de su alcance. «También me permitió contratar a muchos investigadores noveles. Muchos de los principales hallazgos fueron hechos por increíbles científicas —en los niveles de licenciatura, doctorado y posdoctorado— y, como mujer en un cuerpo docente casi exclusivamente masculino, me siento muy orgullosa de haberlas motivado y guiado», concluye Krasteva.
Palabras clave
BioMatrix, bacterias, colonización, biopelículas, pluricelulares, respuestas inmunitarias, dinucleótido cíclico c-di-GMP, resistencia a los antibióticos
