Los investigadores de Stanford han demostrado que las bacterias involucradas en las infecciones del tracto urinario ITU dependen de una nueva forma química de la molécula de celulosa para adherirse a las células de la vejiga.
El hallazgo, publicado en el diario de la Actas de la Academia Nacional de Ciencias , podría conducir a nuevas formas de tratar las infecciones urinarias y otras infecciones sin antibióticos.
El uso excesivo de antibióticos puede provocar resistencia e impactos en las bacterias naturales que comparten nuestros cuerpos, llamado microbioma, dijo la co-líder del estudio Lynette Cegelski, profesora asociada de química en la Facultad de Humanidades y Ciencias de Stanford ". Hay muchas maneras deapunte a la enfermedad y si solo apunta a las estrategias de virulencia de una bacteria específica, aún podría prevenir la infección y también eliminar el insulto total a su microbioma ", agregó.
Producida por plantas, algas y algunas bacterias, la celulosa es el polímero orgánico más abundante en la Tierra. También es uno de los mejor estudiados, ya que se utiliza para producir todo, desde papel hasta combustible de etanol. Fue sorprendente cuando el equipo de Cegelski anunció anteseste año que habían descubierto una forma químicamente única de celulosa, llamada pEtN para el grupo químico fosfoetanolamina, en la bacteria E. coli .
Ese hallazgo, que se publicó en Science, mostró que la celulosa pEtN es un componente crucial en la biopelícula de la bacteria, una secreción viscosa que las bacterias usan para compartir nutrientes y protegerse contra los antibióticos y los ataques del sistema inmunitario de su huésped.
En el nuevo estudio, el grupo de Cegelski demostró que pEtN también juega un papel importante en las infecciones urinarias. La infección urinaria es una de las enfermedades infecciosas más comunes en todo el mundo y E. coli es uno de los principales culpables.
"Nuestros experimentos aquí revelan una función específica para la celulosa en la que cumple una función similar a un mortero para mejorar la fuerza de adhesión de las bacterias con células epiteliales de la vejiga", dijo el co-líder del estudio Gerald Fuller, profesor de Fletcher Jones II en elEscuela de Ingeniería.
Ayuda de una fuente inesperada
El descubrimiento fue el resultado de un encuentro casual en un evento de almuerzo en Stanford, donde Fuller se enteró de que el grupo de Cegelski estaba buscando una forma de medir qué tan fuerte era una capa de E. coli las bacterias se adhieren a una capa de células de vejiga aisladas. "Oh, puedo ayudarlo", se ofreció Fuller.
Unos años antes, Fuller había desarrollado un instrumento, llamado Live-Cell Monolayer Rheometer LCMR, para investigar la adhesión de las lentes de contacto a las células corneales ". Queríamos saber si las células de su ojo se adhieren a la parte inferior de la piel.lentes de contacto cuando se los quita, y descubrimos que efectivamente lo hacen ", dijo Fuller.
El LCMR fue diseñado para poner una placa de vidrio en contacto con una capa delgada de células vivas y luego mantener una presión constante entre ellas. Un microscopio conectado permite a los científicos monitorear las células durante los experimentos, y una placa inferior calentada ayuda a mantener las célulasviva.
Los científicos se dieron cuenta de que con unos pocos ajustes, el instrumento de Fuller podría lograr lo que Cegelski tenía en mente. "Para estos experimentos, mejoramos la microscopía para visualizar mejor el contacto entre la bacteria y la capa de células de la vejiga durante las mediciones", dijo Emily, la primera autora del estudio.Hollenbeck, un ex estudiante de posgrado conjunto en los grupos de Cegelski y Fuller, "fue una verificación importante para garantizar que siempre estábamos midiendo las fuerzas de adhesión entre estas capas muy delgadas".
Hacer que las bacterias crecieran como una sola capa también resultó desafiante, y Hollenbeck tardó varios intentos antes de que tuviera éxito. "Crear capas uniformes de bacterias y células de la vejiga fue muy importante para obtener mediciones de LCMR reproducibles", dijo Hollenbeck.fue especialmente difícil crear estas capas uniformes con materiales que crecen y se adaptan continuamente a su entorno ".
Romper el ciclo de infección
Estudios anteriores ya habían señalado que la celulosa pEtN y las fibras de la superficie celular llamadas curli se trenzan para crear E. coli biofilms. Y el curli se ha implicado en infecciones renales y sepsis. "Cuanto más graves son las infecciones, más probable es que esas bacterias produzcan curli", dijo Cegelski.
Lo que Cegelski quería entender era las contribuciones relativas de pEtN y curli a la adhesión de las bacterias a las células huésped y cómo trabajaron juntas durante la infección. Para responder a estas preguntas, su grupo diseñó una serie de experimentos para evaluar la fuerza de adhesión decurli y la celulosa por separado, así como juntos.
En un experimento, adjuntaron E. coli cuyas biopelículas contenían tanto celulosa como rizos en la placa superior del LCMR y luego lo pusieron en contacto con una placa inferior que contenía células de la vejiga. Luego, los científicos cortaron rápidamente la placa superior horizontalmente en una pequeña cantidad, y el nivel resultante de adhesivoel estrés les dio una medida cuantitativa de la "adherencia" de la bacteria
Repitieron el experimento con ingeniería genética E. coli cuyas biopelículas contenían solo celulosa, y nuevamente con una placa superior que contenía solo curli y ninguna bacteria.
Lo que encontraron fue que las bacterias que producían tanto curli como celulosa exhibían la mayor fuerza de adhesión, seguidas por el curli solo y, por último, la celulosa sola. "Sin celulosa, las células se separan muy fácilmente de la bacteria", dijo Fuller"La celulosa actúa como un pegamento para realmente ayudar a mantener todo junto"
El hallazgo sugiere que puede ser posible un enfoque para tratar las infecciones urinarias que no involucra antibióticos. "Atacar la celulosa podría ser una gran alternativa a los antibióticos tradicionales, ya que prevenir la adhesión bacteriana podría ayudar a romper el ciclo de infección", dijo Hollenbeck. "EstoEl tipo de tratamiento también evita la presión de 'vida o muerte' de los antibióticos tradicionales que conducen a mutaciones resistentes a los medicamentos ".
Otros coautores de Stanford en el estudio, titulado "Fosfoetanolamina celulosa mejora la adhesión mediada por curli de Escherichia coli uropatógena a las células epiteliales de la vejiga", incluyen Alex Antonoplis, Chew Chai y Wiriya Thongsomboon.
La investigación fue financiada por el Centro de Stanford para Análisis y Diseño Molecular, Achievement Rewards for College Scientists Foundation y la National Science Foundation.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Stanford - Facultad de Humanidades y Ciencias . Original escrito por Ker Than. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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