Una investigación realizada por el Instituto de Biología Integrativa de Sistemas (I2SysBio), una colaboración entre el Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) y la Universitat de València (UV), ha revelado la existencia de una memoria mecánica en bacterias ‘E. coli’ que es clave para analizar la resistencia a los antibióticos.
Según los comunicados del CSIC y la UV, el estudio muestra que las bacterias ‘Escherichia coli’, presentes en el intestino humano y de gran importancia para la salud, crecen de manera predecible de acuerdo a las leyes físicas después de ser expuestas a antibióticos.
Publicado en la revista ‘Nature Communications’, el estudio destaca cómo las fuerzas mecánicas y la geometría celular influencian la división de las bacterias, abriendo caminos para comprender mejor el comportamiento microbiano y desarrollar tratamientos antibióticos más efectivos.
En situaciones de estrés por exposición a antibióticos, las bacterias pueden detener su división celular y comenzar a crecer en forma de filamentos, un proceso conocido como ‘filamentación’, común en infecciones del tracto urinario. Este crecimiento produce tensiones mecánicas que deforman los filamentos.
«Este comportamiento no es aleatorio, responde a una mecánica estudiada que regula cómo se distribuye la tensión en la célula al crecer», explicó Javier Buceta, investigador del CSIC.
RESPUESTA BIOLÓGICA Y COMPORTAMIENTO MECÁNICO
El estudio analiza la filamentación inducida por antibióticos y, por primera vez en bacterias filamentosas como E. coli, muestra que esta curvatura no solo afecta la estructura externa de la célula, sino que también modifica procesos biológicos esenciales para su supervivencia y comportamiento. La alteración de la forma celular cambia la actividad de una red de proteínas llamada Min, que determina el sitio correcto para la división celular.
«Este fenómeno, que liga la respuesta biológica con el comportamiento mecánico, está relacionado con fenómenos de transporte en el interior de la célula, ya que la curvatura modifica cómo se mueven y se agrupan las proteínas en la membrana celular», afirmó Buceta.
Una vez que el estrés desaparece, la célula tiende a dividirse en los puntos de máxima curvatura, conservando una huella de las tensiones experimentadas. Esta memoria mecánica sirve como un marcador interno que guía futuras divisiones bajo condiciones favorables.
NUEVOS TRATAMIENTOS ANTIBIÓTICOS
Según Marta Nadal, estudiante de doctorado y primera autora del artículo, esta perspectiva mecano-biológica abre nuevas líneas de investigación en biomedicina y podría ayudar a anticipar el comportamiento bacteriano tras tratamientos antibióticos, previniendo recaídas o resistencias. «Además, entender cómo las bacterias retienen ‘memoria’ de situaciones adversas puede ser crucial para anticipar su comportamiento tras tratamientos antibióticos, ayudando a prevenir recaídas o resistencias», afirmó Nadal.
«Nuestro trabajo va más allá de los mecanismos bioquímicos tradicionales y revela que la física es un director fundamental en su división», indicó Iago López Grobas, investigador postdoctoral ‘Marie Curie’ en el grupo y colíder de la investigación.
«Nos intriga explorar si otros estímulos físicos del entorno, como campos eléctricos u otras fuerzas mecánicas, también pueden inducir alteraciones y ‘memorias’ similares en el proceso de división», concluyó López Grobas.
La investigación también sugiere que entender cómo la mecánica celular determina la forma y el comportamiento de filamentos podría ser útil para diseñar materiales que interfieran con la formación de biofilms, como catéteres con propiedades estructurales que interfieran con la filamentación bacteriana y puedan desestabilizar localmente los biofilms incipientes, adelantó Buceta.