LABORATORIO DE URGENCIAS

Retroalimentación Mecánica Promueve la Adaptación Bacteriana a Antibióticos

                                           
                                             Shiladitya Banerjee, Kevin Lo, Nikola Ojkic, Roisin Stephens, Norbert Scherer, Aaron Dinner

                                                                                                          Carnegie Mellon University, Pittsburgh, PA, USA
                                                                                                          University College London, London, UK
                                                                                                          The University of Chicago, Chicago, IL, USA
                                                                                                          University of Oxford, Oxford, UK

                                                                                                       Nature Physics (2021), vol 17: 403-9                             

                                                                                                            Resumido por: Carmen Leitch

Para maximizar su aptitud, las células deben ser capaces de responder eficazmente a las tensiones. Esto exige hacer concesiones entre los procesos que conservan los recursos para promover la supervivencia y los procesos que utilizan los recursos para promover el crecimiento y la división.
Las bacterias son supervivientes y pueden encontrar formas de eludir las sustancias que utilizamos para matarlas, como los desinfectantes y los antibióticos.
Los científicos y los médicos están constantemente tratando de mantenerse un paso por delante de los microbios patógenos que tienen el potencial de causar graves daños si no se los puede erradicar. Para ello, tenemos que aprender todo lo que podamos sobre cómo las bacterias evitan las sustancias nocivas de su entorno.
Comprender la naturaleza de estas concesiones y la física que las sustenta sigue siendo un desafío pendiente. Los investigadores han demostrado que las bacterias pueden cambiar su forma para evitar los antibióticos. Si bien este no es un hallazgo nuevo, los investigadores han descubierto que al aumentar el ancho de sus células, las bacterias pueden seguir creciendo incluso cuando no pueden producir nuevas proteínas (porque la síntesis de proteínas puede ser inhibida por algunos antibióticos). De esta manera, las bacterias pueden sobrevivir a la exposición a antibióticos a largo plazo, sin necesidad necesariamente de adquirir nuevos genes o mecanismos de resistencia a los antibióticos
Las bacterias pueden cambiar su forma para evitar los antibióticos. Si bien este no es un hallazgo nuevo, los investigadores han descubierto que al aumentar el ancho de sus células, las bacterias pueden seguir creciendo incluso cuando no pueden producir nuevas proteínas (porque la síntesis de proteínas puede ser inhibida por algunos antibióticos). De esta manera, las bacterias pueden sobrevivir a la exposición a antibióticos a largo plazo, sin necesidad necesariamente de adquirir nuevos genes o mecanismos de resistencia a los antibióticos.
Aquí combinamos experimentos de células individuales y modelos teóricos para proponer un mecanismo de adaptación a antibióticos a través de la retroalimentación mecánica entre el crecimiento celular y la morfología. Bajo exposición a largo plazo a dosis subletales de antibióticos dirigidos a los ribosomas, descubrimos que las células de Caulobacter crescentus pueden recuperar sus tasas de crecimiento previas al estímulo y experimentar cambios dramáticos en la forma celular.
Los investigadores crearon un modelo teórico que mostró que cuando las bacterias se volvieron más curvas, su relación superficie-volumen disminuyó; esto dificultó la penetración de partículas del antibiótico en la superficie celular, fueron menos las particulas que lograron atravesar la dificultad y el ataque con antibioticos resultó poco efectivo. El cambio de forma contribuyó a la supervivencia de las bacterias. Si la colonia de bacterias se expone a dosis sub letales de un antibiótico (cloranfenicol) durante varias generaciones, la forma de las bacterias cambiaba drásticamente; las células se volvían más anchas y curvas. Cuando las bacterias se volvían más curvas, su relación superficie-volumen se reducía; esto dificultó la penetración de partículas del antibiótico en la superficie celular y fueron menos las que lograron atravesarla. Por lo tanto, el cambio de forma contribuyó a la supervivencia de las bacterias.
Estos cambios de forma permiten a las bacterias superar el estrés de los antibióticos y reanudar un crecimiento rápido. Tras la eliminación del antibiótico, las células recuperan su forma original a lo largo de varias generaciones. Estos fenómenos se explican mediante una teoría física del crecimiento bacteriano, que demuestra que un aumento del ancho y la curvatura de las células promueve un crecimiento más rápido bajo inhibición de la síntesis de proteínas.
Los cambios de forma es una alternativa que hace que las bacterias sean más adaptables a los antibióticos y logren sobrevivir en un alto porcentaje.