Autor Articles i estudis
29 juliol 2015 a 18:00

Identificada la causa de l’extraordinària resistència dels biofilms bacterians

1 Flares 1 Flares ×

biofilmLa majoria dels organismes vius s’organitzen en poblacions formades per un nombre elevat d’individus. Això és així fins i tot en organismes unicel·lulars simples com ara els bacteris, que habitualment conviuen en grans comunitats anomenades biofilms.

Aquestes comunitats poden arribar a ser de l’ordre de milions d’individus i coexisteixen en condicions d’estrès degut a l’escassetat de nutrients i a la presència d’agents tòxics externs (com ara antibiòtics i toxines químiques). Malgrat hagin d’enfrontar-se a condicions tant complicades, els biofilms bacterians són notablement resistents i difícils d’eradicar.

Resolució dels conflictes socials en comunitats bacterianes

El 22 de juliol, Nature publica un estudi coordinat conjuntament pels investigadors Jordi García-Ojalvo, del Departament de Ciències Experimentals i de la Salut (CEXS) de laUPF i Gurol Suel, de la Universitat de Califòrnia a San Diego (EUA), que mostra com l’extraordinària resistència dels biofilms és el resultat de la resolució d’un conflicte social entre bacteris de l’interior i de la perifèria de la comunitat bacteriana.

Com explica García-Ojalvo, “en situacions de restricció de nutrients, els bacteris situats a la perifèria consumeixen la majoria dels recursos disponibles i amb això limiten enormement els nutrients que arriben a l’interior del biofilm. D’altra banda,  l’interior depèn de la perifèria per protegir-se dels atacs externs, de la mateixa manera que succeïa en les ciutats emmurallades en el passat”, ha explicat.

Així doncs, hi ha un conflicte entre protecció del conjunt del biofilm i la viabilitat de l’interior. “El nostre treball mostra, mitjançant una combinació molt estreta d’experiments de microscòpia time-lapse i models matemàtics, que la comunitat de bacteris resol aquest conflicte mitjançant aturades cícliques en el creixement del biofilm”, diu Garcia-Ojalvo.

Un metabòlit regula el cicle del seu creixement 

Aquestes oscil·lacions o aturades cícliques en el creixement del biofilm permeten a les cèl·lules de l’interior obtenir els nutrients que necessiten, evitant ser ofegades per les de la perifèria. La viabilitat de les cèl·lules de la perifèria al mateix temps confereix al biofilm una gran resistència als atacs externs.

Per aconseguir que el biofilm aturi el seu creixement periòdicament, les cèl·lules de l’interior produeixen un metabòlit essencial del qual depenen les cèl·lules de la perifèria per poder proliferar.

Marçal Gabaldà Sagarra, coautor del treball i membre de l’equip de García Ojalvo al CEXS-UPF, ha estat el responsable de desenvolupar el model matemàtic del biofilm, i ha comentat,  “hem vist que s’estableix una codependència metabòlica que dona lloc a un comportament cíclic. Quan l’interior està tan estressat que deixa de produir metabòlit, les cèl·lules de la perifèria es veuen obligades a deixar de créixer. És aleshores que els nutrients poden arribar altre cop a l’interior i es torna a produir el metabòlit, la qual cosa permet de nou el creixement de la perifèria, reiniciant-se d’aquesta manera el cicle”.

Un procés per eradicar el biofilm bacterià

García-Ojalvo ha comentat que “el nostre treball també suggereix el mecanisme per destruir el biofilm”. Malgrat allò que caldria esperar, aquesta estratègia es basa en afavorir el creixement continuat de la perifèria que acaba ofegant l’interior. Un cop l’interior del biofilm ha estat destruït, es pot actuar sobre la perifèria amb agents tòxics (antibiòtics i substàncies químiques) per eradicar-lo completament.

La rellevància d’aquest estudi rau en el coneixement que aporta per poder dissenyar estratègies per contrarestar infeccions bacterianes en el cos humà, i també per a la desinfecció de superfícies afectades per biofilms. Aquests resultats podrien ajudar també a entendre el comportament d’altres poblacions cel·lulars en creixement, com ho són els tumors cancerosos i els agregats de cèl·lules mare embrionàries.

Treball de referència:

Jintao Liu, Arthur Prindle, Jacqueline Humphries, Marçal Gabalda-Sagarra, Munehiro Asally, Dong-yeon D. Lee , San Ly , Jordi Garcia-Ojalvo , Gürol M. Süel  (2015), “Metabolic codependence gives rise to collective oscillations within biofilms” , Nature,22 de juliol, DOI: 10.1038/nature14660.

Vídeos explicatius del fenomen:
https://www.youtube.com/watch?v=lA6zlskphmU
https://www.youtube.com/watch?v=zHIjJRLGfFE

1 Flares Twitter 0 Facebook 1 Google+ 0 LinkedIn 0 Pin It Share 0 Email -- 1 Flares ×