LABORATORIO DE URGENCIAS

La Mucosidad Puede Promover Infección

                                                                                                                                           Wen Tian Liao; Igor Aronson

                                                                                                                       PNAS Nexus, volumen 2, número 9, septiembre de 2023.

                                                                                                                                              Resumido por: Carmen Leitch

El moco, una sustancia viscoelástica parecida a un gel, es esencial para muchas funciones biológicas. Recubre las superficies de las células y los tejidos. Es permeable al oxígeno y a los nutrientes y protege contra patógenos como bacterias, hongos y virus. Comprender la motilidad bacteriana en fluidos similares al moco proporciona información sobre infecciones por bacterias, incluidas las enfermedades gástricas y de transmisión sexual.

Las bacterias son las especies más abundantes en la Tierra. Forman parte de la microbiota humana y animal y son fuente de muchas enfermedades infecciosas.
La suspensión de bacterias móviles es una clase importante de materia activa: sistemas en desequilibrio transduciendo energía del medio ambiente en movimiento mecánico.
Las suspensiones bacterianas concentradas a menudo exhiben movimientos similares a turbulentos a gran escala (la llamada turbulencia bacteriana). Si bien se acumula un conocimiento significativo sobre la dinámica colectiva de las suspensiones bacterianas en los líquidos newtonianos, los fluidos complejos son en su mayoría "terra incógnita".
Los hábitats bacterianos no se limitan a los fluidos como el agua. Las bacterias prosperan en entornos no newtonianos, ejemplificados por cristales líquidos liotrópicos, mocos, soluciones de ADN, sangre, saliva, matrices de biopelículas o matrices extracelulares de mamíferos.
A diferencia de la simple respuesta viscosa en un líquido newtoniano, los entornos no newtoniana del fluido viscoelástico biológico puede alterar drásticamente el movimiento colectivo bacteriano.
No existe consenso ni siquiera sobre el nivel de motilidad individual de los microorganismos en los fluidos viscoelásticos. Por ejemplo, algunos estudios predijeron que la viscoelasticidad dificulta la autopropulsión. Por el contrario, otras investigaciones sugirieron que los micronadadores se impulsan más rápido o más lento en el fluido viscoelástico pero más lento en un fluido adelgazante. Alternativamente, el modelo computacional predijo un aumento de la velocidad de natación bacteriana hasta un 60% en soluciones de polímeros debido a una distribución no uniforme de las moléculas de polímero alrededor de una bacteria. Los estudios computacionales revelaron que la viscoelasiticidad afecta significativamente el movimiento colectivo de nadadores con forma de varilla (empujadores) similares a bacterias, pero tiene un pequeño efecto en una suspensión de nadadores (tiradores) similares a algas.
Por tanto, el examen de la dinámica colectiva e individual de las bacterias en fluidos viscoelásticos puede producir nuevos conocimientos sobre materia activa en entornos complejos.
Entre los fluidos biológicos, el moco, una sustancia viscoelástica similar a un gel que recubre el tracto del organismo expuesto, es un hábito crucial de las comunidades bacterianas. La proteína glucano dominante, la mucina, forma una red de malla y, por tanto, confiere elasticidad al moco. El moco demuestra una dinámica no newtoniana: adelgazamiento por cizallamiento, relajación de tensiones, comportamiento elástico e incluso cierta cristalinidad líquida.
La mayoría de los estudios se centran en la penetración de bacterias individuales o espermatozoides a través del moco. Se ha estudiado la motilidad individual de bacterias como Helibactor pylori, Escherichia coli y Bacillus subtilis en el moco para comprender mejor tanto el mecanismo defensivo del moco como la estrategia de invasión de las bacterias.
También se ha investigado la motilidad de los espermatozoides individuales en el moco cervical para comprender los mecanismos de la infertilidad. Sin embargo, los estados colectivos de bacterias concentradas en el moco, que son relevantes en el contexto de la emergente resistencia a los antibióticos y la colonización de las superficies mucosas en la infección intestinal, están en su mayor parte inexplorados.
Si bien el moco puede ayudar a atrapar y neutralizar las bacterias, una nueva investigación ha sugerido que las bacterias también pueden utilizar el moco en su beneficio.
Las células bacterianas pueden coordinarse, este trabajo ha puesto de relieve esa función. Sin embargo, el estudio utilizó varios modelos de investigación en lugar de moco humano, incluido el moco cervical natural de vaca, el moco sintético del estómago de cerdo y un compuesto polimérico soluble en agua llamado polividona. La investigación aún puede proporcionar información importante sobre cómo las bacterias pueden crecer dentro del moco y en las superficies mucosas.

El estudio es la primera demostración de bacterias nadando colectivamente en el moco. Hemos demostrado que el moco, a diferencia de los líquidos de consistencia similar, mejora el comportamiento colectivo. En un vídeo se pueden ver bacterias nadando en un caldo de moco.
El moco tiene muchos propósitos biológicos importantes; es un lubricante que recubre las superficies de los tejidos y las células y puede ayudar a protegernos de organismos y sustancias patógenas. Pero también puede ayudar a facilitar ciertas enfermedades. Las infecciones pulmonares y la mucosidad pegajosa pueden ser un problema importante para los pacientes con fibrosis quística, por ejemplo. Este estudio también indicó que la mucosidad puede promover la resistencia a los antibióticos, lo cual es un problema creciente.
Los hallazgos demuestran cómo la consistencia del moco afecta el movimiento aleatorio de bacterias individuales e influye en su transición al movimiento colectivo coordinado de grandes grupos bacterianos. Hay estudios que demuestran que el movimiento colectivo o el enjambre de bacterias mejora la capacidad de las colonias bacterianas para defenderse del efecto de los antibióticos. La aparición del comportamiento colectivo estudiado en nuestro trabajo está directamente relacionado con el swarming.
Ese moco es muy difícil de estudiar porque tiene propiedades de líquido y también de sólido. El moco es un fluido viscoelástico que tiene distintos niveles de espesor, así como de elasticidad o la capacidad de resistir fuerzas antes de romperse.
Los investigadores utilizaron técnicas de microscopía para estudiar el movimiento de bacterias Bacillus subtilis concentradas en sus modelos de moco.
Se demostró que la viscosidad o espesor del moco tiene un impacto significativo en el movimiento colectivo de los microbios. A medida que la mucosidad se hacía más espesa, era más probable que las bacterias se coordinaran y pululan.

Los investigadores han asumido que las características del moco humano son lo suficientemente similares a sus modelos como para ser relevantes para la salud humana.