Durante más de un siglo, los científicos han estudiado E. coli , una de las bacterias que causan intoxicación alimentaria, como modelo para combatir las infecciones. Dicha investigación ha llevado a una variedad de antibióticos que penetran en las paredes celulares protectoras de las bacterias para matarlas.
Ahora, un estudio multiuniversitario dirigido por el bioingeniero de Stanford KC Huang revela que E. coli ha logrado mantener un gran secreto sobre sus defensas. Él y sus colaboradores informan Naturaleza que los científicos habían pasado por alto la asombrosa fuerza física de la delgada membrana externa a la que se aferra E. coli pared celular robusta.
Los científicos sabían desde hace tiempo que muchas bacterias tienen membranas externas. Pero hasta ahora los investigadores lo consideraban como una capa de envoltura retráctil que simplemente dificultaba la introducción de antibióticos en las células. Pero como muestra el nuevo estudio, la membrana externa protege físicamentecelular y podría ser un buen objetivo para una nueva clase de medicamentos antibacterianos.
"Hemos descubierto que la membrana externa puede actuar como una armadura que es realmente más fuerte que la pared celular", dijo Huang, profesor asociado de bioingeniería y de microbiología e inmunología. "Es humillante pensar que esta funciónhabía estado escondido a la vista durante todos estos años "
Huang dijo que los hallazgos sugieren nuevas estrategias de lucha contra la infección para aproximadamente la mitad de todas las especies bacterianas que, como E. coli , tienen membranas externas. "Si podemos atacar la membrana externa, las bacterias infecciosas se debilitarán previamente para atacarlas con tratamientos con antibióticos que alteran las células de otras maneras", dijo.
escudos químicos
Todas las bacterias tienen una pared celular que rodea y protege el funcionamiento interno de la célula. Hace muchas décadas, los científicos descubrieron que E. coli y muchas otras bacterias tienen una capa adicional, llamada membrana externa, que rodea sus paredes celulares.
Desde su descubrimiento, esta membrana externa se ha utilizado como una forma de clasificar las bacterias en aquellas que no reaccionan a una técnica de tinción común, llamada tinción de Gram. Las bacterias con membranas externas no reaccionan a la tinción química.Gram-negativo: las bacterias con paredes celulares desnudas reaccionan a la mancha y se clasifican como Gram-positivas.
Ambos tipos de bacterias pueden volverse infecciosas y, cuando esto ocurre, la presencia o ausencia de una membrana externa también puede ayudar a determinar qué tan receptivos serán a los antibióticos. Las bacterias gramnegativas, que tienen membranas externas, tienden a sermás resistente a los antibióticos.
"Los científicos sabían que las membranas externas eran escudos químicos", dijo Huang. "Por lo tanto, fue fácil relegar esta tercera capa a una molestia al dosificar la célula con antibióticos".
fuerza sorprendente
Sin embargo, en los últimos años, los investigadores han tenido pistas de que la membrana externa es más importante de lo que pensaban. En un estudio, se retiró el laboratorio de Huang E. coli la pared celular dejó su membrana externa intacta. Como era de esperar, las bacterias perdieron su forma de pepino y se convirtieron en gotas. Pero una gran fracción de estas gotas sobrevivió, se multiplicó y finalmente se regeneró en forma de pepino nuevo E. coli .
Enrique Rojas, un ex investigador postdoctoral en el laboratorio de Huang y primer autor del nuevo artículo, dijo que el estudio era una pista de que la membrana externa debe desempeñar importantes funciones estructurales y protectoras.
"Acabamos de escuchar los datos. La ciencia se trata de datos, no de dogmas", dijo Rojas, ahora profesor asistente de biología en la Universidad de Nueva York.
En los últimos cuatro años, trabajando con colaboradores de la Universidad de California, San Francisco y la Universidad de Wisconsin-Madison, los miembros del grupo probaron los poderes estructurales de la membrana externa.
De repente colapsaron la presión dentro de la bacteria, pero en lugar de hacer que la pared celular se contraiga masivamente, como habrían predicho las suposiciones predominantes, descubrieron que la membrana externa era lo suficientemente fuerte como para mantenerse casi por completo E. coli forma de pepino.
En otros experimentos, ponen E. coli células durante dos horas de aumentos rápidos y disminuciones de presión. E. coli las células normalmente ignoran estos insultos repetidos y crecen como si no hubiera ocurrido ningún cambio. Sin embargo, cuando los investigadores debilitaron la membrana externa, las células murieron rápidamente.
"La presencia o ausencia de una membrana externa fuerte es la diferencia entre la vida y la muerte", dijo Huang.
Los experimentos identificaron un puñado de componentes que le dan a la membrana externa su sorprendente fuerza. Los medicamentos que desestabilizan la capa externa engañosamente delgada podrían ayudar a destruir las bacterias infecciosas, dijo Huang.
Huang agregó que los hallazgos son parte de un campo de estudio emergente llamado mecanobiología. Mientras que los científicos alguna vez vieron a las células como bolsas de sustancias químicas para ser estudiadas por medios químicos, hoy una confluencia de herramientas revela las propiedades estructurales infinitamente complejas que hacen que las células y los órganosgarrapata.
"Es un momento muy emocionante para estudiar biología", dijo Huang. "Nos estamos acercando al punto en el que nuestras herramientas y técnicas se están volviendo lo suficientemente precisas como para discernir, a veces casi a nivel atómico, las reglas físicas que dan lugar avida."
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Stanford . Original escrito por Tom Abate. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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