Una conversación aleatoria entre dos investigadores de Cornell en la fiesta de cumpleaños de un niño condujo a una colaboración y una nueva comprensión de cómo las bacterias resisten las toxinas, lo que puede conducir a nuevas herramientas en la lucha contra las infecciones dañinas.
Se sabe que las fuerzas físicas afectan la forma en que las células de nuestro cuerpo crecen y sobreviven, pero se sabe poco sobre el papel que juegan estas fuerzas en los procariotas: organismos unicelulares, incluidas las bacterias.
Christopher Hernandez, profesor asociado de la Escuela de Ingeniería Mecánica y Aeroespacial de Sibley, tuvo una idea para un dispositivo de microfluidos que sometería a bacterias individuales a cantidades conocidas de fuerza y deformación mecánica. Pero conocía algunas formas de medir los efectos:hasta un encuentro casual con Peng Chen, el profesor Peter JW Debye en el Departamento de Química y Biología Química de la Facultad de Artes y Ciencias.
Chen había desarrollado una forma de etiquetar y observar una molécula específica que bombea toxinas desde la membrana interna de ciertas bacterias. Al juntar sus ideas, los investigadores han demostrado de manera concluyente que las tensiones mecánicas pueden interrumpir la capacidad de las bacterias para sobrevivir a la exposición a toxinas..
Su artículo, "Mechanical Stress Compromises Multicomponent Efflux Complexes in Bacteria", publicado el 26 de noviembre en la Actas de la Academia Nacional de Ciencias .
Las bacterias gramnegativas se caracterizan por su envoltura celular de doble membrana y tienen la capacidad de ensamblar bombas moleculares para deshacerse de sustancias tóxicas que logran migrar a la célula, incluidos los antibióticos.
La investigación de Hernández y Chen mostró que cuando la bacteria E. coli se colocó en un dispositivo de microfluidos y se obligó a fluir en espacios muy reducidos, las tensiones mecánicas resultantes por sí solas fueron suficientes para hacer que estas bombas se rompieran y dejaran de funcionar.
"Este es uno de los primeros estudios en analizar la mecanobiología de las bacterias", dijo Hernández. "Nuestros hallazgos proporcionan evidencia de que las bacterias son similares a otros tipos de células en el sentido de que responden a fuerzas mecánicas a través de complejos moleculares".
"Nuestro trabajo muestra que se puede alterar el complejo de bombeo de bacterias con medios mecánicos", dijo Chen, "y esto puede brindarnos una nueva herramienta para mejorar los tratamientos de enfermedades bacterianas".
La metodología que crearon Hernández y Chen se puede utilizar para examinar todo tipo de estructuras, funciones y comportamientos de células procariotas.
"Este esfuerzo de investigación creativo y colaborativo, que explota las capacidades de la biología de una sola molécula, proporcionará al Ejército una mejor comprensión fundamental no solo de las características celulares que mantienen vivos a los microbios, sino de cómo el estrés mecánico a nivel celular puede controlar la viabilidad bacterianay así proporcionar un medio potencial novedoso para controlar las infecciones bacterianas ", dijo Robert Kokoska, gerente de programa de microbiología en la Oficina de Investigación del Ejército, un elemento del Laboratorio de Investigación del Ejército del Comando de Desarrollo de Capacidades de Combate del Ejército de EE.
Las estudiantes de posgrado Lauren Genova química y biología química y Melanie Roberts ingeniería mecánica fueron las co-primeras autoras. Herbert Hui, el profesor de ingeniería Joseph C. Ford, también contribuyó.
Esta investigación también fue apoyada por subvenciones de la National Science Foundation y los National Institutes of Health. Parte del trabajo para este estudio se realizó en el Cornell NanoScale Science and Technology Center, y en el Cornell's Biotechnology Resource Center.
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Materiales proporcionado por Universidad de Cornell . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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