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¿Por qué nadan las bacterias?

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Bacterias con flagelos. Cortesía de Manuel Espinosa-Urgel

Las bacterias son organismos microscópicos responsables no solo de causar multitud de enfermedades en animales, plantas o humanos (bacterias patógenas), sino que también participan en numerosos procesos fundamentales para la vida. Así, múltiples bacterias beneficiosas participan en la digestión de nutrientes, en la promoción del crecimiento de plantas o en los ciclos biogeoquímicos de elementos esenciales como el carbono, oxígeno o nitrógeno. Sin embargo, no es tan conocida una habilidad que las bacterias comparten con los humanos y otros seres vivos: su capacidad para nadar.

Aproximadamente, la mitad de las bacterias saben nadar. Esta actividad la realizan mediante la rotación de uno o varios largos filamentos proteicos a modo de cola que se denominan flagelos. Los flagelos permanecen unidos a las bacterias a través de lo que se conoce como “motor flagelar”; una estructura compleja compuesta por al menos 50 proteínas diferentes e insertada en la periferia de la bacteria, la envoltura celular. A modo comparativo, la arquitectura del motor flagelar muestra similitudes con la de un motor eléctrico. Es decir, el motor flagelar está constituido por un anillo proteico denominado “estátor”, el cual presenta en su interior otro anillo que forma el “rotor” al cual está unido el flagelo. En su conjunto, el motor flagelar está propulsado por un gradiente de iones y la precisión de su engranaje permite que pueda girar a una velocidad de hasta 100.000 revoluciones por minuto. Sin embargo, este sistema presenta todavía un nivel superior de complejidad ya que el motor flagelar se encuentra asociado a un sofisticado mecanismo que permite orientar a la bacteria. Para ello, las bacterias poseen una serie de receptores extremadamente sensibles que posibilitan la detección de pequeñas concentraciones de compuestos de interés en su entorno; es decir, unos sensores muy especializados que se encuentran distribuidos por la envoltura celular de la bacteria. La detección de estos compuestos controla la actividad del motor flagelar y, en consecuencia, la dirección hacia donde la bacteria debe nadar; proceso denominado quimiotaxis.

Inicialmente se pensaba que los compuestos detectados eran básicamente “nutrientes” (en términos científicos, fuentes de carbono y nitrógeno). Sin embargo, más recientemente se ha descubierto la existencia de quimiotaxis frente compuestos que la bacteria no puede utilizar como nutrientes pero que, en cambio, le advierten de la presencia de otros organismos. Entre estos compuestos se encuentran, por ejemplo, hormonas de plantas y neurotransmisores humanos.   

Un buen número de estudios han revelado que la quimiotaxis es un proceso clave para una multitud de bacterias; tanto beneficiosas como patógenas. Así, por ejemplo, la quimiotaxis juega un papel crucial en la colonización de las raíces de plantas por bacterias beneficiosas. Esta colonización es el resultado de la capacidad que presentan ciertas bacterias de detectar quimiotácticamente compuestos que liberan las plantas a través de sus raíces; los denominados exudados radiculares. Por ello, a través de la quimiotaxis hacia estos exudados, las bacterias acceden a un hábitat rico en nutrientes y adecuado para su crecimiento, mientras que compensan a la planta que colonizan con la promoción de su crecimiento y la protección frente a enfermedades vegetales. Alternativamente, la quimiotaxis también es de gran relevancia en bacterias patógenas. Es el caso de las bacterias que infectan plantas. Así, las superficies foliares suelen presentar una fina capa de agua que es suficiente para que las bacterias puedan nadar y desplazarse por su superficie. Este movimiento facilita la entrada de la bacteria en la planta a través, por ejemplo, de estomas o heridas; aberturas por las que las plantas secretan una serie de compuestos que las bacterias pueden detectar y, mediante quimiotaxis, se desplazan hacia ellas facilitando el proceso de infección. Como muestra de la importancia de la quimiotaxis en el desarrollo de una enfermedad bacteriana, un gran número de estudios ha demostrado que la inactivación de sistema quimiotáctico elimina la patogenicidad de una bacteria.

¿Cuál es la importancia de investigar los procesos quimiotácticos en bacterias? En primer lugar, poder optimizar el comportamiento quimiotáctico, permitiendo así mejorar o incluso programar el movimiento bacteriano hacía compuestos de interés; posibilitando, por ejemplo, una mejor colonización de raíces. En segundo lugar, conocer cómo se pueden bloquear los receptores quimiotácticos de manera específica mediante el empleo de inhibidores. La inhibición de la quimiotaxis permitiría desarrollar estrategias alternativas para combatir bacterias patógenas.

Mas información en:

Matilla ,M.A., Krell, T. (2018) The effect of bacterial chemotaxis on host infection and

pathogenicity. FEMS Microbiology Reviews 42(1). doi: 10.1093/femsre/fux052. PubMed PMID: 29069367

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