La cápsula bacteriana podría ser un nuevo objetivo para futuros antibióticos

La membrana externa puede actuar como una armadura que en realidad es más resistente que la pared celular

El Médico Interactivo | 25 - julio - 2018 2:04 pm

Investigadores de un estudio multiuniversitario realizado en Estados Unidos ha desvelado que la ‘armadura’ que constituye la membrana externa de las bacterias podría ser un importante objetivo para que los antibióticos puedan combatirlas con mayor éxito y el desarrollo de nuevos antibacterianos.

Durante más de un siglo, los científicos han estudiado a la ‘escherichia coli’, una de las princiaples bacterias causantes de intoxicación alimentaria, como un modelo para combatir las infecciones. Esa investigación ha llevado a una variedad de antibióticos que penetran en las paredes protectoras de las células de las bacterias para matarlas.

Ahora, un estudio multiuniversitario dirigido por el bioingeniero K.C. Huang, de la Universidad de Stanford,en Palo alto (EE.UU.), revela que ‘E. coli’ ha logrado mantener como un gran secreto sus defensas. Él y sus colaboradores informan en ‘Nature’ que los científicos habían pasado por alto la asombrosa fuerza física de la delgada membrana externa que se adhiere a la gruesa pared celular de esta bacteria.

Los científicos sabían desde hace tiempo que muchas bacterias tienen membranas externas. Pero hasta ahora los investigadores pensaban que era una capa de envoltura retráctil que simplemente hacía más difícil introducir antibióticos en las células. Pero como muestra el nuevo estudio, la membrana externa protege físicamente a la célula y podría ser un buen objetivo para una nueva clase de fármacos antibacterianos.

“Descubrimos que la membrana externa puede actuar como una armadura que en realidad es más resistente que la pared celular –ha explicado Huang, profesor asociado de bioingeniería y de microbiología e inmunología–. Es humillante pensar que esta función se ha estado ocultando a plena vista durante todos estos años”.

Así, los hallazgos sugieren nuevas estrategias de lucha contra las infecciones para aproximadamente la mitad de todas las especies bacterianas que, como ‘E. coli’, tienen membranas externas. “Si podemos atacar la membrana externa, las bacterias infecciosas se debilitarán previamente para atacar con tratamientos antibióticos que interrumpen las células de otras maneras”, añade.

Todas las bacterias tienen una pared celular que rodea y protege el funcionamiento interno de la célula. Hace muchas décadas, los científicos descubrieron que ‘E. coli’ y muchas otras bacterias tienen una capa adicional, llamada membrana externa, que rodea sus paredes celulares.

Desde su descubrimiento, esta membrana externa se ha utilizado como una forma de clasificar las bacterias en aquellas que reaccionan y no reaccionan a una técnica de tinción común, llamada tinción de Gram. Las bacterias con membranas externas que no reaccionan a la tinción química se llaman Gram-negativas. Las bacterias con paredes celulares desnudas reaccionan a la tinción y se clasifican como Gram-positivas.

Ambos tipos de bacterias pueden volverse infecciosas y, cuando esto ocurre, la presencia o ausencia de una membrana externa también puede ayudar a determinar hasta que punto serán sensibles a los antibióticos. Las bacterias Gram-negativas, que tienen membranas externas, tienden a ser más resistentes a los antibióticos.

“Los científicos sabían que las membranas externas eran escudos químicos — explica Huang–. Por lo tanto, fue fácil relegar esta tercera capa a una molestia al administrar antibióticos a la célula”.

En los últimos años, sin embargo, los investigadores han tenido pistas de que la membrana externa es más importante de lo que habían pensado. En un estudio, el laboratorio de Huang eliminó la pared celular de ‘E. coli’ pero dejó intacta su membrana externa. Como era de esperar, las bacterias perdieron su forma de pepino y se convirtieron en manchas. Pero una gran parte de estas manchas sobrevivieron, multiplicaron y finalmente regeneraron ‘E. coli’ en forma de pepino.

Enrique Rojas, un ex becario postdoctoral en el laboratorio de Huang y primer autor del nuevo artículo, ha explicado que el estudio era una pista de que la membrana externa debe desempeñar importantes funciones estructurales y de protección. “Acabamos de ver los datos. La ciencia trata de datos, no de dogmas”, apostilla Rojas, ahora profesor asistente de biología en la Universidad de Nueva York.

Durante los últimos cuatro años, trabajando con colaboradores de la Universidad de California, San Francisco y la Universidad de Wisconsin-Madison, los miembros del grupo probaron los poderes estructurales de la membrana externa.

De repente colapsaron la presión dentro de la bacteria, pero en lugar de hacer que la pared se encogiera masivamente, como habrían predicho las suposiciones prevalecientes, descubrieron que la membrana externa era lo suficientemente fuerte como para mantener casi por completo la forma del pepino de ‘E. coli’.

En otros experimentos, expusieron a células de ‘E. coli’ a dos horas de incrementos rápidos y disminuciones en la presión. Las células de ‘E. coli’ generalmente minimizan estas agresiones repetidas y crecen como si no hubieran ocurrido cambios en absoluto. Sin embargo, cuando los investigadores debilitaron la membrana externa, las células murieron rápidamente. “La presencia o ausencia de una membrana externa fuerte es la diferencia entre la vida y la muerte”, concluye Huang.

Los experimentos identificaron una serie de componentes que le dan a la membrana externa su sorprendente fuerza. Los fármacos que desestabilizan la capa externa engañosamente delgada podrían ayudar a destruir las bacterias infecciosas, añade Huang.

Huang explica que los hallazgos son parte de un campo emergente de estudio llamado mecanobiología. Mientras que los científicos alguna vez vieron las células como sacos de sustancias químicas para ser estudiadas por medios químicos, hoy en día una confluencia de herramientas revela las propiedades estructurales infinitamente complejas que hacen que las células y los órganos marquen.

“Es un momento muy emocionante para estudiar biología –asegura–. Nos acercamos al punto en el que nuestras herramientas y técnicas se vuelven lo suficientemente precisas para discernir, a veces casi a nivel atómico, las reglas físicas que dan origen a la vida”.