Las bacterias se comunican como las neuronas a nivel cerebral

31-02/11/2015 - E.P.

Las bacterias utilizan canales iónicos para comunicarse y resolver el estrés metabólico

Biólogos de la Universidad de California en San Diego, Estados Unidos, han descubierto que las bacterias --a menudo vistas como humildes criaturas solitarias-- son en realidad muy sofisticadas en sus interacciones sociales y se comunican entre sí a través de mecanismos de señalización eléctrica similares a las neuronas en el cerebro humano.

En un estudio publicado en la edición digital anticipada de esta semana de 'Nature', los científicos detallan la manera en que las bacterias que viven en las comunidades se comunican entre sí eléctricamente a través de proteínas llamadas "canales iónicos".

"Nuestro descubrimiento no sólo cambia la manera en que pensamos acerca de las bacterias, sino también la forma en que pensamos acerca de nuestro cerebro", afirma Gürol Süel, profesor asociado de Biología Molecular en la Universidad de California en San Diego, que dirigió el proyecto de investigación.

"Todos nuestros sentidos, el comportamiento y la inteligencia emergen de comunicaciones eléctricas entre las neuronas en el cerebro a través de canales de iones. Ahora, nos encontramos con que las bacterias utilizan canales iónicos similares para comunicarse y resolver el estrés metabólico. Nuestro descubrimiento sugiere que los trastornos neurológicos que se desencadenan por estrés metabólico pueden tener orígenes bacterianos antiguos y, por lo tanto, podría proporcionar una nueva perspectiva sobre cómo tratar estos trastornos", añade.

"Gran parte de nuestro entendimiento sobre la señalización eléctrica de nuestro cerebro se basa en estudios estructurales de los canales iónicos bacterianos", apunta Süel. Pero seguía siendo un misterio cómo las bacterias utilizan los iones canales hasta que Süel y sus colegas se embarcaron en un esfuerzo para examinar la comunicación a larga distancia dentro de biofilms, comunidades organizadas que contienen millones de células bacterianas densas. Estas comunidades de bacterias pueden formar estructuras finas en las superficies --como el sarro que se desarrolla en los dientes-- que son altamente resistentes a los productos químicos y antibióticos.

El interés de los científicos en el estudio de las señales de largo alcance surgió de un estudio anterior, publicado en 'Nature', en el que se detectó que las biopelículas son capaces de resolver los conflictos sociales dentro de la comunidad de las células bacterianas al igual que las sociedades humanas.

Cuando un biofilm formado por cientos de miles de células bacterianas 'Bacillus subtilis' crece hasta cierto tamaño, los investigadores descubrieron que el borde exterior de protección de las células, con un acceso sin restricciones a los nutrientes, periódicamente dejó de crecer para permitir que los nutrientes --específicamente el glutamato-- fluyera al centro protegido de la biopelícula. De esta manera, las bacterias protegidas en el centro de la colonia se mantuvieron vivas y podrían sobrevivir a los ataques de los productos químicos y antibióticos.

Al darse cuenta de que las oscilaciones en el crecimiento del biofilm requiere coordinación de largo alcance entre las bacterias en la periferia y el interior del biofilm, junto con el hecho de que las bacterias estaban compitiendo por el glutamato, una molécula cargada eléctricamente, llevó a los investigadores a especular que la coordinación metabólica entre las células distantes dentro de los biofilms podría implicar una forma de comunicación electroquímica.

Los científicos subrayan que el glutamato es también conocido por guiar alrededor de la mitad de toda la actividad del cerebro humano. Así, estos expertos diseñaron un experimento para probar su hipótesis con el objeto de medir cuidadosamente los cambios en el potencial de la membrana de la célula bacteriana durante las oscilaciones metabólicas.

De esta forma, observaron oscilaciones en el potencial de la membrana que coincidían con las oscilaciones en el crecimiento de las biopelículas y encontraron que los canales iónicos fueron responsables de estos cambios en el potencial de la membrana. Otros experimentos revelaron que las oscilaciones dirigieron señales eléctricas de largo alcance dentro de los biofilms a través espacialmente de la propagación de ondas de potasio, un ión cargado.

Como estas ondas de iones cargados se propagan a través de la biopelícula, coordinan la actividad metabólica de las bacterias en las regiones interiores y exteriores de la biopelícula. Cuando el canal de iones que permite que el potasio fluya dentro y fuera de las células se eliminó de las bacterias, la biopelícula ya no fue capaz de llevar a cabo estas señales eléctricas.

"Al igual que las neuronas en nuestro cerebro, nos encontramos con que las bacterias utilizan los canales iónicos para comunicarse entre sí a través de señales eléctricas --subraya Süel--. De esta manera, la comunidad de bacterias dentro de los biofilms parece funcionar muy parecido a un 'cerebro microbiano".

Süel añade que el mecanismo específico por el que las bacterias se comunican entre sí es sorprendentemente similar a un proceso en el cerebro humano conocido como "difusión de la depresión cortical", que se cree que está involucrado en las migrañas y convulsiones.

"Lo interesante es que tanto las migrañas como la señalización eléctrica de las bacterias que descubrimos son provocadas por el estrés metabólico -destaca--. Esto sugiere que muchos de los medicamentos originalmente desarrollados para la epilepsia y la migraña también pueden ser efectivos en el ataque a las biopelículas bacterianas, que se han convertido en un creciente problema de salud en todo el mundo debido a su resistencia a los antibióticos".