BIOLOGÍA

El principal sistema para identificar bacterias no funciona como se creía

La tinción de Gram es el método más extendido para la identificación de estos microorganismos desde hace 130 años. Un equipo de investigadores acaba de descubrir que las bases de su funcionamiento son diferentes, lo que abre la puerta al diseño de nuevos colorantes.

Una prueba de tinción de Gram
Una prueba de tinción de Gram Wikimedia Commons

Si eres de los que leen los prospectos de los medicamentos y alguna vez has echado un vistazo al de un antibiótico es muy posible que te hayas encontrado con que el antibiótico en cuestión actúa contra bacterias Gram-negativas. Y es que las bacterias Gram-negativas causan muchas infecciones. 

El descubrimiento podría permitir el diseño de nuevos colorantes. 

Si recurres a internet para informarte es muy probable que encuentres que las bacterias Gram-negativas se llaman así porque dan resultado negativo en un ensayo que se llama tinción de Gram (lo inventó Hans Christian Gram en 1884). El ensayo es relativamente simple: se usa un colorante violeta y se añade a un cultivo de bacterias, si se tiñen de violeta son Gram-positivas y si no, y adoptan un color rosáceo poco intenso, son Gram negativas. Es un ensayo que lleva en uso más de 130 años y es muy útil. 

Pero también te encontrarás en internet información sobre cómo funciona la tinción de Gram. Y lo que leas, si tiene más de un par de días de antigüedad, es probablemente erróneo. Acaba de publicarse un trabajo en ACS Chemical Biology que echa por tierra lo que se suponía que se sabía del mecanismo de acción de la tinción de Gram, sin que ello afecte para nada a la validez de la prueba. La tinción diferencia las bacterias en función de las propiedades de sus membranas. Se suponía que el colorante era capaz de filtrarse hasta el interior mismo de la célula, hasta alcanzar el citoplasma, pero ahora se demuestra que no es este el caso. Este resultado podría permitir el diseño de nuevos colorantes con propiedades de reconocimiento específicas que llevasen a mejores diagnósticos de distintas enfermedades infecciosas. 

La tinción de Gram es habitualmente el primer paso a la hora de tratar de identificar una bacteria. Las bacterias que se tiñen de violeta (Gram-positivas) tienen una membrana celular sencilla recubierta por una gruesa capa de peptidoglicano, un polímero formado por azúcares y aminoácidos , que hasta ahora se creía que era la que atrapaba el colorante en su interior. Las bacterias que tienen dos membranas separadas por una capa fina de peptidoglicano repelen el colorante (son Gram-negativas) y se suponía que la falta de entidad de la capa de peptidoglicano era la responsable de que el colorante escapase.

Los investigadores de la Universidad de Boston que han realizado el trabajo han empleado una técnica espectroscópica (hiper-Raman) para seguir el movimiento en tiempo real de las moléculas de colorante en su viaje a través de la pared celular. En este método las moléculas que giran y dan vueltas en libertad y al azar en una disolución no generan una señal detectable, mientras que las que se alinean, como cuando se adhieren a una membrana, provocan una señal fuerte.

El experimento se ha hecho con una conocida bacteria Gram-negativa, E. coli

Los investigadores emplearon en sus trabajos una bacteria Gram-negativa muy conocida, la Escherichia coli. Tras añadir el colorante observaron un pico brusco de la señal conforme el colorante se alineaba con la membrana externa, y después una disminución cuando llegaba al espacio entre las membranas, donde las moléculas tenían más libertad para moverse. Observaron un segundo pico al alinearse en la membrana interior pero, en vez de la disminución de señal que esperaban porque se suponía que el colorante pasaba al interior de la célula, se encontraron con que la señal se mantenía constante.

Los investigadores repitieron el experimento con otro colorante parecido al cristal violeta de la tinción de Gram, el verde malaquita, que se sabe positivamente que atraviesa las membranas celulares. Con él sí observaron la segunda disminución de la señal. Estaba claro, lo que se había supuesto durante tanto tiempo no era cierto.

La explicación que proponen los investigadores es que la tinción de Gram funciona por lo bien que el colorante se adhiere a los peptidoglicanos: mejor porque hay más en las Gram-positivas y peor, porque hay menos, en las Gram-negativas.

Aparte del interés médico-farmacológico del resultado, este trabajo pone de manifiesto la potencia de las técnicas microscópicas desarrolladas para el estudio de la física de la materia condensada aplicadas a la biología. Cabe esperar que nuestro conocimiento de la vida celular en tiempo real crezca exponencialmente en la próxima década, con todo lo que ello implica para la biotecnología y la medicina.

Referencia: Michael J. Wilhelm, Joel B. Sheffield, Mohammad Sharifian Gh., Yajing Wu, Christian Spahr, Grazia Gonella , Bolei Xu, & Hai-Lung Dai (2015) Gram’s Stain Does Not Cross the Bacterial Cytoplasmic Membrane ACS Chem. Biol. DOI: 10.1021/acschembio.5b00042 

* Este artículo es parte de ‘Proxima’, una colaboración semanal de la Cátedra de Cultura Científica de la UPV con Next. Para saber más, no dejes de visitar el Cuaderno de Cultura Científica.


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