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Dirigirse a una molécula bacteriana clave podría reducir la necesidad de antibióticos en infecciones del tracto urinario

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Investigadores de la Universidad Stanford, en California, Estados Unidos, demostraron que las bacterias involucradas en las infecciones del tracto urinario (ITU) dependen de una nueva forma química de la molécula de la celulosa para adherirse a las células de la vejiga. El hallazgo, publicado en la revista de las ‘Proceedings of the National Academy of Sciences’, podría conducir a nuevas formas de tratar las IU y otras infecciones sin antibióticos.

El uso excesivo de antibióticos puede provocar resistencia e impactos en las bacterias naturales que comparten nuestros cuerpos, llamado microbioma, dice la codirectora del estudio Lynette Cegelski, profesora asociada de Química en la Facultad de Humanidades y Ciencias de Stanford. “Hay muchas maneras de atacar la enfermedad y si solo te centras en las estrategias de virulencia de una bacteria específica, igual puedes prevenir la infección y también eliminar el ataque total a tu microbioma”, agrega.

Producida por plantas, algas y algunas bacterias, la celulosa es el polímero orgánico más abundante en la Tierra. También es uno de los mejor estudiados, ya que se usa para producir todo, desde papel hasta combustible de etanol. Por lo tanto, fue sorprendente cuando el equipo de Cegelski anunció a principios de este año que habían descubierto una forma químicamente única de celulosa, llamada pEtN (grupo químico fosfoetanolamina), en la bacteria ‘E. coli’.

Ese hallazgo, que fue publicado en ‘Science’, mostró que la celulosa pEtN es un componente crucial en la biopelícula de las bacterias, una secreción viscosa que las bacterias usan para compartir nutrientes y para protegerse contra los antibióticos y los ataques del sistema inmune de sus huéspedes. En el nuevo estudio, el grupo de Cegelski demostró que pEtN también juega un papel importante en las infecciones urinarias.

 La ITU es una de las enfermedades infecciosas más comunes en todo el mundo y ‘E. coli’ es uno de los principales culpables. “Nuestros experimentos aquí revelan una función específica para la celulosa en la que cumple un papel de mortero para mejorar la fuerza de adhesión de las bacterias con las células epiteliales de la vejiga”, explica el colíder del estudio Gerald Fuller, profesor en la Escuela de Ingeniería.
 
Ayuda de una fuente inesperada
El descubrimiento fue el resultado de un encuentro casual en un evento en Stanford, donde Fuller se enteró de que el grupo de Cegelski estaba buscando una manera de medir cómo de fuerte se adhiere la capa de bacteria ‘E. coli’ a una capa de células vesicales aisladas. Unos años antes, Fuller había desarrollado un instrumento, llamado ‘Live-Cell Monolayer Rheometer’ (LCMR), para investigar la adhesión de las lentes de contacto a las células de la córnea. “Queríamos saber si las células del ojo se adhieren a la parte inferior de las lentes de contacto cuando se quitan, y descubrimos que es así”, dice Fuller.
El LCMR fue diseñado para poner una placa de vidrio en contacto con una sola capa delgada de células vivas y luego mantener una presión constante entre ellas. Un microscopio adjunto permite a los científicos controlar las células durante los experimentos, y una placa inferior calentada ayuda a mantener las células vivas.
Los científicos se dieron cuenta de que, con algunos ajustes, el instrumento de Fuller podría lograr lo que Cegelski tenía en mente. “Para estos experimentos, mejoramos la microscopía para visualizar mejor el contacto entre las bacterias y la capa de células de la vejiga durante las mediciones”, relata la primera autora del estudio, Emily Hollenbeck, exestudiante de posgrado conjunta en los grupos de Cegelski y Fuller. “Este fue un control importante para garantizar que siempre estuviéramos midiendo las fuerzas de adhesión entre estas capas muy delgadas”, añade.Hacer que las bacterias crezcan como una sola capa también resultó un desafío, y Hollenbeck tuvo que hacer varios intentos antes de que tuviera éxito. “La creación de capas uniformes de bacterias y células de vejiga fue muy importante para obtener mediciones de LCMR reproducibles –dice Hollenbeck–. Fue especialmente desafiante crear estas capas uniformes con materiales que crecen continuamente y se adaptan a su entorno”.

 

Romper el ciclo de infección

Estudios previos ya habían notado que la celulosa pEtN y las fibras de la superficie celular llamadas curli se trenzan juntas para crear biopelículas de ‘E. coli’. Y las fibras curli se han visto implicadas en infecciones renales y sepsis. “Mientras más severas sean las infecciones, más probable es que esas bacterias estén produciendo curli”, subraya Cegelski.

Lo que Cegelski quería entender era la contribución relativa de pEtN y curli a la adhesión de las bacterias a las células del huésped y cómo trabajaron juntas durante la infección. Para responder a estas preguntas, su grupo diseñó una serie de experimentos para probar la fuerza de adhesión del curli y la celulosa por separado y también juntas.

En un experimento, unieron ‘E. coli’ cuyos biofilms contenían celulosa y curli a la placa superior del LCMR y luego los pusieron en contacto con una placa inferior que contiene células de vejiga. Los científicos cortaron rápidamente la placa superior horizontalmente en una pequeña cantidad, y el nivel resultante de estrés adhesivo les dio una medida cuantitativa de la adherencia de las bacterias.

Repitieron el experimento con ‘E. coli’ genéticamente modificado cuyas biopelículas contenían solo celulosa, y nuevamente con una placa superior que poseía solo curli y ninguna bacteria. Lo que encontraron fue que las bacterias que producían tanto curli como celulosa exhibían la mayor fuerza de adhesión, seguidas por el curli solo y finalmente por la celulosa sola.

“Sin celulosa, las células separarse muy fácilmente de la bacteria –afirma Fuller–. La celulosa actúa como un pegamento para realmente ayudar a mantener todo junto”. El hallazgo sugiere que puede ser posible un enfoque para tratar las infecciones urinarias que no involucre antibióticos.

“Atacar la celulosa podría ser una gran alternativa a los antibióticos tradicionales, ya que la prevención de la adhesión bacteriana podría ayudar a romper el ciclo de infección –dice Hollenbeck–. Este tipo de tratamiento también evita la presión de ‘vida o muerte’ de los antibióticos tradicionales que conducen a mutaciones resistentes a los medicamentos”.

Fuente: Europa Press / COFA

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