Si alguna vez sintió los dientes borrosos después de saltarse un cepillado, se habrá encontrado con una biopelícula, una capa bacteriana viscosa que se adhiere a las superficies. En entornos médicos, las biopelículas hacen que las infecciones sean más difíciles de tratar cuando forman escudos protectores para las bacterias en dispositivos como catéteres e implantes.
Los científicos de UC Riverside han descubierto que una sustancia química que las plantas producen cuando están estresadas previene la formación de biopelículas. El avance ofrece avances potenciales en la atención médica, así como en la prevención de la corrosión de equipos en entornos industriales.
«En términos simples, las biopelículas son comunidades de microorganismos, como bacterias u hongos, que se unen y forman una capa protectora en las superficies», dijo Katayoon Dehesh, profesora distinguida de bioquímica molecular en la UCR y autora correspondiente de un estudio sobre el descubrimiento.
«Probablemente los haya visto como la capa viscosa de las rocas de los ríos o la placa de los dientes. Si bien son una parte natural de muchos ecosistemas, las biopelículas pueden causar grandes problemas».
El estudio, publicado en la revista Comunicaciones de la naturalezadestaca la importancia de un metabolito en particular, que es una molécula producida durante reacciones químicas que sustentan la vida dentro de las plantas, así como de bacterias e incluso algunos parásitos, como el que causa la malaria.
En las plantas, este metabolito, MEcPP, desempeña un papel fundamental no sólo en la producción de compuestos esenciales sino también en la señalización del estrés. Por ejemplo, cuando una planta sufre algún daño y entra demasiado oxígeno en sus células, acumula MEcPP. Luego, esta molécula desencadena respuestas protectoras dentro de la planta. Los investigadores descubrieron que esta misma molécula tiene un efecto sorprendente en bacterias como E. coli: interrumpe el desarrollo de biopelículas al interferir con su capacidad de adherirse a las superficies.
En entornos médicos, las biopelículas crecen en dispositivos como catéteres, stents o implantes, lo que hace que las infecciones sean más difíciles de tratar porque los microbios de las biopelículas son altamente resistentes a los antibióticos. En contextos industriales, obstruyen las tuberías, contaminan los equipos de procesamiento de alimentos y provocan corrosión.
«Al prevenir las primeras etapas del desarrollo de biopelículas, esta molécula ofrece un potencial real para mejorar los resultados en cualquier industria que dependa de superficies limpias», dijo Dehesh.
Las bacterias dependen de estructuras parecidas a pelos llamadas fimbrias para anclarse a las superficies, un paso crítico en la iniciación de biopelículas. Las fimbrias ayudan a las bacterias a adherirse a implantes médicos, tuberías o incluso dientes, donde secretan una matriz protectora que las protege de antibióticos y agentes de limpieza. Sin fimbrias, la formación de biopelículas no puede comenzar.
«Las biopelículas son como fortalezas para las bacterias», dijo Jingzhe Guo, científico del proyecto de la UCR y primer autor del artículo. «Al interrumpir la fase inicial de unión, MEcPP esencialmente desarma la capacidad de las bacterias para establecer estas fortalezas».
A través de exámenes genéticos de más de 9.000 mutantes bacterianos, el equipo de investigación identificó un gen clave llamado fimeque actúa como un «interruptor de apagado» para la producción de fimbrias. MEcPP mejora la actividad de este gen y aumenta la expresión de fime. Esto, a su vez, evita que las bacterias produzcan fimbrias y formen biopelículas.
«Nuestro descubrimiento podría inspirar estrategias de prevención de biopelículas en una amplia gama de industrias», dijo Guo. «Desde sistemas de agua más limpios hasta mejores productos para el cuidado dental, las posibilidades son inmensas».
Las biopelículas no son sólo una preocupación médica sino también un problema costoso en entornos industriales. Contribuyen a la obstrucción de tuberías, maquinaria corroída y contaminación en las instalaciones de procesamiento de alimentos. Los métodos tradicionales para gestionar las biopelículas a menudo se basan en productos químicos agresivos o tratamientos costosos, que pueden ser perjudiciales para el medio ambiente o ineficaces con el tiempo a medida que las bacterias se adaptan.
«Este estudio es un testimonio de las conexiones inesperadas entre la biología vegetal y la microbiología», dijo Guo. «Es emocionante pensar que una molécula que las plantas utilizan para señalar el estrés algún día podría ayudar a los humanos a combatir las amenazas bacterianas».
