Las imágenes más nítidas jamás obtenidas de bacterias vivas

Un equipo de investigadores ha registrado las imágenes más nítidas de las bacterias vivas, que revelan la compleja arquitectura de la capa protectora que rodea a muchas bacterias y hace que sea más difícil eliminarlas con antibióticos.

El estudio, publicado este lunes en la revista PNAS, revela que las bacterias con capas externas protectoras, llamadas gramnegativas, pueden tener puntos más fuertes y más débiles en su superficie.

Los científicos han descubierto que la membrana externa protectora de la bacteria contiene densas redes de bloques de construcción de proteínas alternados por parches que no parecen contener proteínas. En cambio, estos parches están enriquecidos en moléculas con cadenas azucaradas (glicolípidos) que mantienen firme la membrana externa.

Este es un hallazgo importante porque la resistente membrana externa de las bacterias gramnegativas evita que ciertos medicamentos y antibióticos penetren en la célula: esta membrana externa es parte de la razón por la cual la resistencia a los antimicrobianos de dichas bacterias (incluidas A. baumannii , P. aeruginosa y enterobacterias como Salmonella y E. coli ) ahora se considera una amenaza mayor que la de las bacterias Gram-positivas como S. aureus resistente (conocido como MRSA).

La resistente membrana externa de las bacterias gramnegativas evita que ciertos medicamentos penetren en la célula

“La membrana externa es una barrera formidable contra los antibióticos y es un factor importante para que las bacterias infecciosas sean resistentes al tratamiento médico. Sin embargo, sigue estando relativamente poco claro cómo se construye esta barrera, por lo que decidimos estudiarla con tanto detalle”, asegura el coautor del estudio, Bart Hoogenboom.

El punto débil de las bacterias

“Al estudiar las bacterias vivas desde la escala molecular hasta la celular, podemos ver cómo las proteínas de membrana forman una red que se extiende por toda la superficie de la bacteria, dejando pequeños espacios para parches que no contienen proteína. Esto sugiere que la barrera puede no ser igualmente difícil de romper o estirar por toda la bacteria, pero puede tener puntos más fuertes y más débiles que también pueden ser atacados por antibióticos ”.

Para comprender mejor esta arquitectura, los científicos pasaron una pequeña aguja sobre la bacteria viva Escherichia coli ( E. coli ), “sintiendo” así su forma general. Dado que la punta de la aguja tiene solo unos pocos nanómetros de ancho, esto hizo posible visualizar estructuras moleculares en la superficie bacteriana.

Una red llena de orificios

Las imágenes resultantes muestran que toda la membrana externa de la bacteria está repleta de orificios microscópicos formados por proteínas que permiten la entrada de nutrientes al tiempo que evitan la entrada de toxinas. Aunque se sabía que la membrana externa contenía muchas proteínas, esta naturaleza abarrotada e inmóvil había sido inesperada.

Sorprendentemente, las imágenes también revelaron muchos parches que no parecían contener proteínas. Estos parches contienen un glicolípido que normalmente se encuentra en la superficie de las bacterias Gram negativas. Además, se formó un tipo diferente de parche similar a un grano cuando partes de la membrana se voltearon del revés debido a mutaciones. En este caso, la aparición de estos defectos se correlacionó con una mayor sensibilidad a la bacitracina, un antibiótico que generalmente solo es eficaz contra las bacterias grampositivas, pero no contra las gramnegativas.

Una nueva forma de ver la membrana

“La imagen de libro de texto de la membrana externa bacteriana muestra proteínas distribuidas sobre la membrana de manera desordenada, bien mezcladas con otros componentes básicos de la membrana”, asegura Georgina Benn, quien realizó la microscopía de las bacterias en el laboratorio del profesor Hoogenboom.

 “Nuestras imágenes demuestran que ese no es el caso, pero que los parches de lípidos se segregan de las redes ricas en proteínas como el aceite que se separa del agua, en algunos casos formando grietas en la armadura de las bacterias”, añade Benn. “Esta nueva forma de ver la membrana externa significa que ahora podemos comenzar a explorar si ese orden es importante para la función de la membrana, la integridad y la resistencia a los antibióticos y cómo lo hace ".

El equipo también especula que los hallazgos pueden ayudar a explicar las formas en que las bacterias pueden mantener una barrera protectora compacta y al mismo tiempo permitir un crecimiento rápido: la bacteria común E. coli duplica su tamaño y luego se divide en 20 minutos en condiciones favorables. Sugieren que los parches de glicolípidos pueden permitir un mayor estiramiento de la membrana que las redes de proteínas, lo que facilita que la membrana se adapte al tamaño creciente de la bacteria.

Referencia: Phase separation in the outer membrane of Escherichia coli (PNAS)