Los investigadores de Caltech están logrando avances significativos en la comprensión de las biopelículas, centrándose principalmente en cómo se forman y evolucionan. En un estudio innovador dirigido por la científica postdoctoral Georgia Squyres en el laboratorio de Dianne Newman, el equipo ha reintroducido una técnica de imagen clásica que permite la observación de células individuales en biopelículas: estructuras complejas formadas por millones de células bacterianas que a menudo conducen a infecciones resistentes a los antibióticos. Los hallazgos se publican en la Actas de la Academia Nacional de Ciencias.
Las biopelículas exhiben propiedades únicas que las células bacterianas individuales no poseen, especialmente en sus mecanismos de defensa colectivos contra los antibióticos, respaldados por una matriz extracelular protectora. Para investigar cómo las células de biopelícula coordinan estos mecanismos de defensa, los investigadores reconocieron el desafío de las técnicas de imagen tradicionales, que generalmente se basan en proteínas fluorescentes que requieren oxígeno. Debido a que el oxígeno es escaso en el núcleo de las biopelículas, estos métodos no logran proporcionar una imagen clara en tales entornos.
En respuesta, Squyres desarrolló un método que etiqueta el medio que rodea a las células con un tinte no tóxico, dejando las células oscuras sobre un fondo de colores brillantes. Este enfoque innovador permite obtener imágenes de alta resolución durante períodos prolongados de tiempo, incluso en regiones de la biopelícula pobres en oxígeno. Al combinar esta técnica con un algoritmo avanzado para monitorear el comportamiento celular, el equipo pudo rastrear efectivamente la dinámica de crecimiento de las biopelículas durante varios días.
Principalmente se utilizó la investigación. Pseudomonas aeruginosaun patógeno bien conocido implicado en varias infecciones, pero la técnica es prometedora para estudiar la formación de biopelículas en una amplia gama de especies bacterianas.
Newman elogió a Squyres no sólo por lograr esta hazaña técnicamente desafiante, sino también por su aplicación visionaria de la técnica para plantear preguntas críticas en los campos de la biología celular y del desarrollo. Utilizando este nuevo método de obtención de imágenes, los investigadores han realizado importantes descubrimientos sobre la composición y el comportamiento de las biopelículas, en particular en lo que respecta a un componente conocido como ADN extracelular (eDNA). Este ADNe es crucial para mantener la integridad estructural y se libera cuando las células se someten a lisis, un proceso en el que se desintegran y liberan su contenido, esencialmente sacrificándose por el beneficio colectivo de la biopelícula.
Los hallazgos de Squyres indican que aproximadamente una de cada 10.000 células en una biopelícula se lisa cada hora, dividiendo estas células específicas en función de gradientes de nutrientes como el carbono y el oxígeno. Este descubrimiento arroja luz sobre cómo la matriz de ADNe influye en la estructura general y el comportamiento de la biopelícula. Comprender estos patrones de lisis podría allanar el camino para mejores estrategias para combatir la tolerancia a los antibióticos en las biopelículas y proporcionar un nuevo marco para estudiar su comportamiento.
Con estos avances, los investigadores esperan profundizar la comprensión de la dinámica de las biopelículas, lo que podría conducir a nuevos enfoques para abordar las infecciones asociadas a las biopelículas.
