Vida y muerte de una bacteria ‘altruista’

Las biopelículas, comunidades complejas de bacterias, abundan a nuestro alrededor: en la superficie del queso donde desprenden sabores y aromas, en los arroyos donde forman la sustancia viscosa sobre las rocas, en nuestros dientes donde forman la placa.

Vivir en una biopelícula brinda numerosas ventajas a las bacterias: compartir recursos, protegerse de los depredadores y aumentar la resistencia a compuestos tóxicos como los antibióticos.

Pero tener la opción de dejar la biopelícula cuando las condiciones ambientales se deterioran también puede ser una ventaja para las bacterias, ya que les permite reubicarse en un entorno más hospitalario.

«Para la bacteria Caulobacter crescentus, la biopelícula se convierte en una especie de prisión a perpetuidad: una vez que las células se adhieren a una superficie a través de un fuerte adhesivo en un extremo de la célula, no pueden salir de la biopelícula», dijo Yves Brun, profesor en el Departamento de Microbiología, Enfermedades Infecciosas e Inmunología de la Université de Montréal.

«Sin embargo, cuando estas células adheridas se dividen, sus células ‘hijas’ no adheridas tienen la opción de unirse a la biopelícula o alejarse nadando».

Las células liberan su ADN.

¿Cómo deciden las células permanecer o abandonar el biofilm? «Mostramos en un estudio publicado en 2010 que cuando las células de Caulobacter mueren en la biopelícula, liberan su ADN, lo que impide que las células hijas se unan a la biopelícula, lo que promueve la reubicación desde entornos donde aumenta la tasa de mortalidad», dijo Brun.

Por lo tanto, él y su equipo de investigación querían determinar si la muerte celular se producía al azar a medida que disminuía la calidad ambiental o si se trataba de un proceso regulado que respondía a una señal específica.

«Demostramos que Caulobacter usa un mecanismo de muerte celular programada que hace que algunas células se sacrifiquen cuando las condiciones dentro de la biopelícula se deterioran», dijo Cécile Berne, miembro del equipo y autora principal del estudio.

«Conocido como un sistema toxina-antitoxina, este mecanismo utiliza una toxina que ataca una función vital y su antídoto asociado, la antitoxina», dijo. «La toxina es más estable que la antitoxina y cuando se inicia la muerte celular programada, la la cantidad de antitoxina se reduce, lo que resulta en la muerte celular”.

Cuando el oxígeno se vuelve escaso

«Usando una combinación de genética y microscopía, demostramos que el sistema toxina-antitoxina se activa cuando el oxígeno se vuelve escaso a medida que la biopelícula se vuelve más grande y las células compiten por el oxígeno disponible», agregó Berne.

La muerte resultante de un subconjunto de células libera ADN, lo que promueve la dispersión de sus hermanos vivos a entornos potencialmente más hospitalarios, evitando así el hacinamiento que reduciría aún más la calidad ambiental en la biopelícula.

Las biopelículas tienen impactos tanto positivos como negativos en nuestra vida cotidiana. Las bacterias que viven en biopelículas se usan comúnmente en la producción de alimentos, el tratamiento de aguas residuales y la remediación de la contaminación.

«La desventaja es que el estilo de vida del biofilm también es una estrategia utilizada por las bacterias patógenas para volverse más resistentes a los antibióticos», dijo Brun.

«Comprender los mecanismos que impulsan el equilibrio entre las células que se unen a la biopelícula y las células que se alejan nos ayudará a desarrollar soluciones para el desafío de la resistencia a los antibióticos, para promover la formación de biopelículas cuando las queremos y erradicarlas cuando no».

«La dispersión celular estimulada por eDNA de biopelículas de Caulobacter crescentus tras la limitación de oxígeno depende de un sistema toxina-antitoxina» de Cécile Berne, Sébastien Zappa e Yves Brun se publicó en eLife el 7 de diciembre de 2022.