Un estudio revela cómo se produce la expansión de la pared celular

14/05/2014 - E.P.

Las células son las unidades estructurales básicas de toda la vida y se observaron por primera vez hace más de 400 años después de la invención del microscopio

Durante un siglo, los biólogos han pensado que entendían cómo el crecimiento que se produce dentro de las células hacía que sus paredes exteriores de protección se expandieran. Ahora, usando nuevas técnicas de video microscópicas, investigadores de la Escuela de Ingeniería de la Universidad de Stanford, en Estados Unidos, han capturado la evidencia visual para demostrar que lo que hasta entonces se pensaba era erróneo.

"Lo que observamos no era lo que esperábamos", reconoce KC Huang, profesor asistente de Bioingeniería en Stanford y autor principal de los hallazgos de este trabajo, que se publican en la edición digital de 'Proceedings of the National Academy of Sciences'. El artículo, que describe un proceso que se conoce como "choque osmótico", fue coescrito por Julie Theriot, profesora de Bioquímica y Microbiología e Inmunología en la Escuela de Medicina de Stanford.

Los investigadores creen que su descubrimiento acerca de la sorprendente capacidad de recuperación del crecimiento de la pared celular puede ayudar a explicar por qué las bacterias aparentemente frágiles, tales como 'E. Coli', pueden prosperar en ambientes tan diferentes como charcos y estómagos. Enrique Rojas, becario postdoctoral en bioingeniería y otro de los autores principales, se encuentra ahora en Bangladesh tratando de aplicar este conocimiento para ayudar a combatir el cólera.

Se trata de "un cambio de paradigma", según calificó el profesor asociado de Biología Molecular en la Universidad de California-San Diego, en Estados Unidos, Gurol Suel, que no participó en el trabajo. "El hecho de que haya existido una hipótesis durante décadas no implica necesariamente que sea correcta", afirma Suel, añadiendo que la relación entre la presión interna y el crecimiento celular había surgido a partir de experimentos menos sofisticados, mientras que las técnicas modernas "proporcionan una nueva comprensión molecular del crecimiento de la célula bacteriana".

Una de las células más estudiadas en la ciencia es 'E. Coli', una bacteria en forma de salchicha que causa intoxicación alimentaria. De hecho, las células se parecen a salchichas en que ambas consisten en envoltorios exteriores rellenos de una masa.

Durante décadas, los biólogos han creído que el crecimiento de esta masa interna, presionando en la membrana externa, es lo que provoca que las paredes celulares crezcan. Sin embargo, mediante el uso de nuevas técnicas para aislar y visualizar las células en diferentes entornos, el equipo de Stanford demostró que el crecimiento de la pared celular se produjo independientemente de las presiones ejercidas sobre la célula, desde dentro o fuera.

Aquí es fundamental comprender que, la envoltura externa de una célula viva es dinámica y porosa y está diseñada para permitir que el agua se filtre hacia dentro o hacia fuera, algo que es importante porque las células viven en los fluidos y, por lo tanto, están sujetas a la presión de la ósmosis. La ósmosis se refiere a la cantidad de materiales sólidos disueltos en una solución líquida, como azúcar en el café, que aumenta su presión osmótica.

La vida está basada en el agua, por lo que las células tienen una presión osmótica interna. Cuando una célula entra en una solución con una mayor presión osmótica, como un líquido azucarado, su membrana porosa trata de proteger a la célula dejando el agua fuera. Esto provoca que la membrana de la célula se encoja, compactando la célula para soportar la presión desde el exterior. Si se pone la misma célula de nuevo en una solución normal y la pared celular porosa permite que el agua se filtre, la célula se hincha hasta su tamaño anterior.

Los biólogos han supuesto durante mucho tiempo que esta misma presión dinámica retarda el crecimiento de la pared celular. De hecho, el equipo de Stanford inicialmente diseñó su experimento para medir con precisión la cantidad de presión osmótica que desacelera el crecimiento de la pared celular en 'E. Coli'.

Mediante dispositivos de microfluidos para atrapar las células bacterianas en diminutas cámaras, bañaron las células en concentraciones altas en azúcares (alta presión osmótica) y, a continuación, en soluciones normales (baja presión osmótica), tomando imágenes precisas de contracción o expansión de las células. Inicialmente, los resultados parecen confirmar la opinión imperante: las células que se bañaron en una solución de azúcar parecían crecer más lentamente.

Pero los investigadores "sorprendieron" vaciando las células de los azúcares y bañándolas en solución normal, lo que demostró que las células se expandían rápidamente, en cuestión de segundos, a un tamaño más o menos equivalente a las células que crecen a toda velocidad en las soluciones normales. Estos expertos capturaron esta expansión celular en vídeo.

Los investigadores de Stanford se dieron cuenta de que las paredes de las células habían seguido creciendo en la solución de azúcar tan rápido como en la solución normal, pero que la masa extra se arrugó como una pasa. Cuando la célula volvió a entrar en la solución de agua normal y filtró líquido de nuevo a través de la membrana porosa, la célula se alisó como una uva y todo el crecimiento no aparente se hizo visible.