Colonización Bacteriana de Ambientes con Antibióticos sin Resistencia Adquirida

El investigador Juan Keymer de las Facultades de Ciencias Biológicas y de Física publica junto a sus colegas en Holanda una investigación sobre las estrategias adaptativas desarrolladas por las bacterias para vivir en un ambiente con antibiótico.

El Dr. Keymer estudia las dinámicas poblacionales de las bacterias Echerichia coli en presencia de un gradiente controlado de antibiótico. En opinión del investigador, el artículo abre nuevas líneas de investigación puesto que de acuerdo a la visión darwinista clásica, la colonización de territorios con antibióticos ocurre pues hay una mutación azarosa que confiere a las bacterias resistencia genética. Por el contrario, según las observaciones del científico y sus colaboradores, hay determinados fenotipos que sin haber adquirido la resistencia de manera genética, pueden de todas maneras invadir zonas con alta concentración de antibióticos.

Estos fenotipos, que se expresan de forma colectiva y sólo cuando se alcanzan densidades críticas, son los que viabilizan la colonización en concentraciones letales. Agrega además, que las bacterias tardar alrededor de 6 horas para crecer en número y conseguir el fenotipo que les permite vivir en este ambiente tóxico y, luego de 72 horas, se vuelven resistentes. “Sacamos las células a distintos tiempos después de que invaden la zona con antibióticos, obtenemos las secuencias e identificamos que en la E. coli solo aparecen mutaciones específicas, como contrarrestar a un transportador para salvarse solo después de 72 horas. Antes la tolerancia al antibiótico era puramente fenotípica”, puntualiza el investigador.

Ecología de parches y circuitos de micro-fluidos

A través de la técnica de micro-fluidos proveniente de la física y la ingeniería de materiales y la denominada ecología de parches, una teoría de las ciencias biológicas, se pueden estudiar las dinámicas poblacionales espaciales de las bacterias y obtener diferentes resultados que cuando están mezcladas en un ambiente homogéneo.

Cuando se estudia a las bacterias en un tubo de ensayo, estas crecerán inicialmente de forma logarítmica y tardarán un tiempo en llenar todo el espacio y alcanzar una fase estacionaria. No obstante, si se divide este volumen en una colección discreta de unidades pequeñas, cada una alcanzará a nivel local el estado de saturación, generándose así relaciones de adyacencia entre poblaciones de células, que son dinámicas y heterogéneas en el espacio, y que cuentan de extrema significancia biológica en lo que a fenotipos colectivos se refiere. Según el profesor, las poblaciones persisten en zonas con antibióticos, ya que cuando estas alcanzan los estados saturados desarrollan nuevos mecanismos y soluciones colectivas que no son accesibles en otras fases de desarrollo demográfico. Por ejemplo, cuando se forma una población de células sésiles, esta empieza a emitir sub-poblaciones de propágulos que se propagan como ondas por el paisaje y que tratan de invadir otras áreas.

Estudiar a las bacterias a través de un tubo de ensayo es similar a observar el comportamiento de las personas en una red social como Facebook: dentro de un grupo de amigos donde todos están conectados con todos y con la misma probabilidad de interacción. Mediante la ecología de parches en dispositivos de micro-fluidos, los microbiólogos pueden observar cuando las células se dividen, crecen, se agregan y dispersan formando así meta-poblaciones dinámicas en el tiempo y heterogéneas en el espacio. “Empezamos a desarrollar esta tecnología de micro parches de hábitat mediante técnicas de micro- y nano-fabricación usadas en la nanotecnología. Con estos circuitos ecosistémicos podemos evolucionar células pensando en los tejidos biológicos como paisajes de hábitat”, señala Keymer. La idea es que cuando tienes sistemas discretos que se repiten de forma regular a lo largo de los gradientes de antibióticos, una zona de confort (conocida como “goldilocks zone”) está en el cruce de camino, es decir, en el corredor que conecta los dos parches en el dispositivo investigado.

Referencia:
Felix J H Hol, Bert Hubert, Cees Dekker & Juan E Keymer. 2015. Density-dependent adaptive resistance allows swimming bacteria to colonize an antibiotic gradient. Multidisciplinary Journal of Microbial Ecology.

Información: Jade Rivera Rossi, jrivera@bio.puc.cl