Arquitectos vistos a través del microscopio

MICROBIOLOGÍA. Un grupo de científicos ha sabido observar donde otros sólo veían una acumulación informe de células bacterianas reglas arquitectónicas que rigen las colonias de bacterias. Estos médicos, de la Universidad Complutense y del Hospital Carlos III (Madrid), estudian de forma pionera la arquitectura colonial microbiana. Su objetivo: correlacionar sus hallazgos con la clínica, sobre todo con la respuesta a los antibióticos, y por el camino, desentrañar la forma de vida de unos seres, que sin ser inteligentes, sí muestran capacidad de organización.

Sonia Moreno | 20/01/2012 00:00

De pie, Fernando Gómez-Aguado y José Prieto; sentadas, Mª Teresa Corcuera y Mª Luisa Gómez-Lus, del Departamento de Microbiología de la Universidad Complutense. ()

Los primeros seres vivos que poblaron la Tierra, las bacterias, optaron por vivir en sociedad, formando colonias. Desde hace unos cuantos siglos estas microciudades y sus habitantes dejaron de ser un misterio para el ojo humano gracias a la introducción del microscopio. Así, el científico ha sabido encontrar la técnica para poder mirar los microorganismos, pero, en la ciencia como en el arte, no basta con poder mirar, también hay que saber hacerlo. Las colonias de las bacterias se han considerado tradicionalmente una acumulación homogénea de células bacterianas, un amasijo informe sin interés. Sin embargo, según José Prieto, catedrático de Microbiología de la Universidad Complutense de Madrid, estas colonias no eran una mera acumulación: tenía que haber algún tipo de organización interna. La hipótesis ha sido el embrión de un grupo interdisciplinar integrado por especialistas del Departamento de Microbiología de la Facultad de Medicina de la Complutense y de la Unidad de Anatomía Patológica del Hospital Carlos III de Madrid (dirigida por Mª José Alonso), que se propone estudiar la estructura interna de las colonias microbianas. Estos médicos firmaron un acuerdo de investigación y docencia hace un par de años y empiezan ahora a cosechar sus frutos en forma de publicaciones y reconocimientos en los congresos científicos.

El grupo ha puesto a punto una metodología, basada en técnicas histológicas, para el estudio colonial

Como un 'biofilm'
Uno de los primeros hallazgos, publicado en revistas científicas, ha sido la puesta a punto de una metodología que permite el estudio de esta arquitectura colonial microbiana: "Cuando José Prieto contacta con nosotros con la hipótesis, le proponemos estudiarla aplicando técnicas histológicas", explica Fernando Gómez-Aguado, de la Unidad de Anatomía Patológica del Hospital Carlos III. Habitualmente, se estudian las colonias de bacterias atendiendo a su morfología externa. "No hay estudios de su estructura interna; sí de los biofilm o biopelículas, pero éstas se analizan en un medio líquido y con microscopio confocal; sería el equivalente a un estudio de TC en humanos. Nosotros aplicamos técnicas de procesamiento histológico para la microscopia óptica y electrónica", continúa. "Procesamos los bloques de agar que contienen las colonias bacterianas mediante inclusión en parafina o resina epoxi; así podemos tratarlas como un tejido y cortar la muestra en secciones para poder estudiar el interior. Los mejores resultados, de momento, los hemos obtenido con la resina y microscopio electrónico".

El primer estudio consistió en comparar la colonia de Staphylococcus aureus resistente a meticilina con otra de una cepa no resistente. "No vimos diferencia entre ellas, pero sí que la estructura se mantenía". La hipótesis de que la colonia es en realidad una comunidad organizada y estructurada, como una especie de biofilm, cobraba cuerpo a medida que estos investigadores la cotejaban en Legionella, enterococos, Escherichia coli, micobacterias, Bacillus subtilis y también en hongos (Candida). Cada especie mostraba un estilo arquitectónico propio y característico.

Más especies bacterianas de las que se pensaba muestran un tipo de crecimiento hacia abajo

Si se toma por ejemplo Streptococcus oralis, un grampositivo formador de la placa dental, su colonia, muy fina, crece hacia abajo. "La invasión del agar es algo habitual en hongos, pero no se había descrito en otras especies, salvo unas pocas como Eikenella corrodens, micoplasmas y clamidias. Con esta metodología hemos comprobado que el crecimiento hacia abajo está presente en otros tipos de bacterias y además, el tipo de invasión en agar es muy específico de cada una de ellas. En el caso de S. oralis, el mecanismo de invasión podría explicar su diseminación sistémica".

Invasores y caníbales
Mª Teresa Corcuera, de Anatomía Patológica del Hospital Carlos III, destaca que "determinar las diferencias de la invasión de forma morfológica, si tiene refrendo in vivo, podría tener una repercusión clínica; si las infecciones a partir de catéteres u otros implantes están relacionadas con fenómenos de colonización-invasión, su conocimiento podría optimizar el control infeccioso".

Mediante técnicas de análisis de imagen han podido hacer un estudio cuantitativo de la invasión: "Hemos cuantificado las huellas de la invasión bacteriana y encontramos que hay unos patrones en la cantidad y forma de invasión que quizá se puedan correlacionar con la clínica. El método se ha diseñado para Enterococcus faecalis, pero lo estamos probando en otras especies".

Gómez-Aguado apostilla que "queremos estudiar si la invasión, no descrita, de las bacterias afecta a la patogenia. Se sabe en Candida que las cepas invasoras están ligadas a una mayor patogenicidad, y eso podría ser interesante si se reprodujera en S. aureus". Precisamente, en esta especie se ha desvelado una tendencia caníbal que se desconocía: cuando es necesario, el estafilococo recurre a los estratos muertos para poder continuar su recrecimiento.

Corcuera también apunta que dentro de esta línea de investigación se ha podido determinar que Bacillus subtilis, además de estratificarse, forma las esporas resistentes en un estrato determinado. Corcuera explica que "para verlas aplicamos la técnica verde malaquita en cortes obtenidos de colonias incluidas en resinas; así pudimos localizar la situación concreta de las esporas en la colonia y demostrar que se pueden encontrar estructuras determinadas en una colonia. A partir de aquí se podrían hacer estudios de expresión génica in situ para comprobar qué parte concreta de una población expresa ciertas proteínas".

EMPEZAR DE CERO

Las principales líneas de investigación que este grupo se plantea ahora son analizar cómo afectan los antibióticos a las poblaciones microbianas organizadas y la implicación de determinadas características fenotípicas en la patogenia.Para ello, estos científicos deben aproximarse a un modelo experimental de lo que ocurre en el organismo, por ejemplo, en una válvula o un hueso colonizados. Tienen un buen trecho por delante, pues han empezado de cero, pero a favor cuentan con la facilidad de acceso a las técnicas que necesitan. Mª Teresa Corcuera aclara que "las técnicas ya están establecidas y no son caras; es cuestión de echar horas, porque no hay nada escrito y todo lo que hallamos debe ser consensuado entre las disciplinas que forman el grupo para determinar la relevancia y la vía a seguir".

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