Un estudio del Instituto de Biología Integrativa de Sistemas (I2SysBio) revela que las bacterias Escherichia coli, comunes en el intestino humano, presentan una 'memoria mecánica' que influye en su resistencia a los antibióticos. Publicado en Nature Communications, el trabajo muestra cómo la exposición a antibióticos provoca que estas bacterias crezcan en forma de filamentos, alterando su división celular y generando tensiones mecánicas predecibles. Este fenómeno afecta procesos biológicos clave y puede guiar futuras divisiones celulares. Los hallazgos sugieren nuevas estrategias para desarrollar tratamientos antibióticos más eficaces y prevenir recaídas en infecciones persistentes. La investigación destaca la importancia de la física en la biología celular y abre nuevas vías para entender el comportamiento microbiano.
Un reciente estudio del Instituto de Biología Integrativa de Sistemas (I2SysBio), que es un centro mixto del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) y la Universitat de València (UV), ha revelado que las bacterias Escherichia coli, presentes en el intestino humano y fundamentales para la salud, muestran un crecimiento predecible tras ser expuestas a antibióticos. Este hallazgo, publicado en la revista Nature Communications, destaca el impacto de las fuerzas mecánicas y la geometría celular en la división bacteriana, lo que podría transformar nuestra comprensión del comportamiento microbiano y facilitar el desarrollo de tratamientos antibióticos más efectivos.
Durante episodios de estrés, como los provocados por antibióticos, estas bacterias interrumpen su división celular y comienzan a crecer en filamentos. Este fenómeno, conocido como ‘filamentación’, es común en infecciones del tracto urinario. El estudio liderado por el investigador Javier Buceta demuestra que este crecimiento filamentoso se curva siguiendo patrones físicos predecibles. “Este comportamiento no es aleatorio; responde a una mecánica estudiada que regula cómo se distribuye la tensión en la célula al crecer”, explica Buceta.
El análisis se centra en cómo la filamentación inducida por antibióticos afecta tanto a la estructura externa de las células como a procesos biológicos esenciales para su supervivencia. La alteración en la forma celular influye en una red de proteínas llamada Min, encargada de determinar el sitio adecuado para la división celular.
A través de un enfoque multidisciplinario, los investigadores han observado que en las áreas con mayor curvatura hay una menor concentración de ADN y de MinD, una proteína clave en la red Min, así como una actividad aumentada en los mecanismos de división celular. “Este fenómeno vincula la respuesta biológica con el comportamiento mecánico y está relacionado con el transporte interno dentro de la célula”, señala Buceta.
La investigación también sugiere que cuando cesa el estrés, las células tienden a dividirse en los puntos donde experimentaron mayor curvatura, lo cual implica que conservan una huella de las tensiones previas. Esta memoria mecánica actúa como un indicador interno que orienta futuras divisiones bajo condiciones favorables.
Marta Nadal, estudiante de doctorado y primera autora del artículo, indica que “esta perspectiva mecano-biológica abre nuevas líneas para investigar terapias que interfieran con propiedades físicas o estructurales”. Además, comprender cómo las bacterias retienen memoria sobre situaciones adversas puede ser crucial para anticipar su comportamiento tras tratamientos antibióticos, ayudando así a prevenir recaídas o resistencias.
"Nuestro trabajo va más allá de los mecanismos bioquímicos tradicionales y revela que la física juega un papel fundamental en su división”, afirma Iago López Grobas, investigador postdoctoral Marie Curie y co-líder del estudio. “La forma física de la bacteria no es solo una consecuencia del crecimiento; es una señal activa que guía su destino”. Este conocimiento puede ser clave para desarrollar estrategias que interrumpan este proceso y superen la resistencia bacteriana.
López Grobas también expresa interés por explorar si otros estímulos físicos pueden inducir cambios similares en el proceso de división. La meta es crear un mapa completo sobre cómo las bacterias integran señales físicas del entorno para tomar decisiones celulares, lo cual podría abrir nuevas puertas para combatir infecciones.
La filamentación representa un mecanismo esencial para la supervivencia bacteriana al formar ‘biofilms’, comunidades estructuradas que se adhieren a superficies y afectan negativamente varios sectores, incluida la salud pública. “Entender cómo la mecánica celular determina forma y comportamiento puede ayudar a diseñar materiales más efectivos para prevenir o controlar biofilms”, concluye Buceta.
Los investigadores del Instituto de Biología Integrativa de Sistemas (I2SysBio) encontraron que las bacterias E. coli pueden crecer de forma predecible siguiendo leyes de la física tras ser expuestas a antibióticos, lo que está relacionado con su resistencia a estos tratamientos.
La 'filamentación' es un mecanismo de resistencia bacteriana donde las bacterias interrumpen su división celular y comienzan a crecer en forma de filamentos, lo cual es común en infecciones como las del tracto urinario.
El estudio demuestra que la curvatura de las bacterias no solo afecta su forma externa, sino que también modifica procesos biológicos clave para su supervivencia y comportamiento, incluyendo la actividad de una red de proteínas responsable de la división celular.
Estos hallazgos abren nuevas líneas de investigación para desarrollar tratamientos antibióticos más eficaces, al entender cómo las bacterias retienen memoria de situaciones adversas y cómo esto puede influir en su comportamiento tras los tratamientos.
Entender la mecánica celular es crucial porque revela que la forma física de la bacteria guía su destino, lo que podría ayudar a desarrollar estrategias para interrumpir procesos que contribuyen a la resistencia a los antibióticos.