Los biólogos de la Universidad de California en San Diego han descubierto que las bacterias, a menudo vistas como criaturas bajas y solitarias, en realidad son bastante sofisticadas en sus interacciones sociales y se comunican entre sí a través de mecanismos de señalización eléctrica similares a las neuronas en el cerebro humano.
En un estudio publicado en la publicación en línea anticipada de esta semana de Naturaleza , los científicos detallan la manera en que las bacterias que viven en comunidades se comunican entre sí eléctricamente a través de proteínas llamadas "canales iónicos"
"Nuestro descubrimiento no solo cambia la forma en que pensamos acerca de las bacterias, sino también cómo pensamos sobre nuestro cerebro", dijo Gürol Süel, profesor asociado de biología molecular en UC San Diego, quien dirigió el proyecto de investigación. "Todos nuestros sentidos, el comportamiento y la inteligencia surgen de las comunicaciones eléctricas entre las neuronas en el cerebro mediadas por canales iónicos. Ahora encontramos que las bacterias usan canales iónicos similares para comunicarse y resolver el estrés metabólico. Nuestro descubrimiento sugiere que los trastornos neurológicos que se desencadenan por el estrés metabólico pueden tener bacterias antiguas.orígenes, y por lo tanto podría proporcionar una nueva perspectiva sobre cómo tratar tales condiciones ".
"Gran parte de nuestra comprensión de la señalización eléctrica en nuestros cerebros se basa en estudios estructurales de canales de iones bacterianos", dijo Süel. Pero cómo las bacterias usan esos canales de iones siguió siendo un misterio hasta que Süel y sus colegas se embarcaron en un esfuerzo para examinar a largo alcancecomunicación dentro de biopelículas: comunidades organizadas que contienen millones de células bacterianas densamente empaquetadas. Estas comunidades de bacterias pueden formar estructuras delgadas en las superficies, como el sarro que se desarrolla en los dientes, que son altamente resistentes a los químicos y antibióticos.
El interés de los científicos en estudiar señales de largo alcance surgió de un estudio anterior, publicado en julio en Naturaleza que descubrió que las biopelículas pueden resolver conflictos sociales dentro de su comunidad de células bacterianas al igual que las sociedades humanas.
Los investigadores descubrieron que, cuando un biofilm compuesto por cientos de miles de células bacterianas de Bacillus subtilis crece hasta cierto tamaño, el borde exterior protector de las células, con acceso irrestricto a los nutrientes, deja de crecer periódicamente para permitir que los nutrientes, específicamente el glutamato,fluya hacia el centro protegido de la biopelícula. De esta manera, las bacterias protegidas en el centro de la colonia se mantienen vivas y pueden sobrevivir a los ataques de productos químicos y antibióticos.
Al darse cuenta de que las oscilaciones en el crecimiento de la biopelícula requirieron una coordinación de largo alcance entre las bacterias en la periferia y el interior de la biopelícula, junto con el hecho de que las bacterias competían por el glutamato, una molécula cargada eléctricamente, llevó a los investigadores a especular que la coordinación metabólica entrelas células distantes dentro de las biopelículas podrían involucrar una forma de comunicación electroquímica. Los científicos notaron que también se sabe que el glutamato impulsa aproximadamente la mitad de toda la actividad cerebral humana.
Entonces diseñaron un experimento para probar su hipótesis. El objetivo era medir cuidadosamente los cambios en el potencial de la membrana de las células bacterianas durante las oscilaciones metabólicas.
Los investigadores observaron oscilaciones en el potencial de membrana que coincidían con las oscilaciones en el crecimiento de biopelículas y descubrieron que los canales iónicos eran responsables de estos cambios en el potencial de membrana. Otros experimentos revelaron que las oscilaciones conducían señales eléctricas de largo alcance dentro de las biopelículas a través de ondas de potasio que se propagaban espacialmente, un ion cargado. A medida que estas ondas de iones cargados se propagan a través de la biopelícula, coordinaron la actividad metabólica de las bacterias en las regiones interna y externa de la biopelícula. Cuando el canal iónico que permite que el potasio entre y salga de las células se eliminó dela bacteria, la biopelícula ya no podía conducir estas señales eléctricas.
"Al igual que las neuronas en nuestro cerebro, descubrimos que las bacterias usan canales iónicos para comunicarse entre sí a través de señales eléctricas", dijo Süel. "De esta manera, la comunidad de bacterias dentro de las biopelículas parece funcionar como un microbiano"cerebro'."
Süel agregó que el mecanismo específico por el cual las bacterias se comunican entre sí es sorprendentemente similar a un proceso en el cerebro humano conocido como "depresión de propagación cortical", que se cree que está involucrado en las migrañas y las convulsiones.
"Lo interesante es que tanto las migrañas como la señalización eléctrica en las bacterias que descubrimos son desencadenadas por el estrés metabólico", dijo. "Esto sugiere que muchos medicamentos desarrollados originalmente para la epilepsia y las migrañas también pueden ser efectivos para atacar las biopelículas bacterianas, que tienenconvertirse en un problema de salud cada vez mayor en todo el mundo debido a su resistencia a los antibióticos ".
El estudio fue financiado por subvenciones del Instituto Nacional de Ciencias Médicas Generales de los NIH R01 GM088428, P50 GM085764, el Centro de Biología de Sistemas de San Diego y la Fundación Nacional de Ciencias MCB-1450867.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de California - San Diego . Original escrito por Kim McDonald. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Referencia del diario :
Cite esta página :