Hallazgo podría ayudar a mejorar el combate contra resistencia de bacterias a los antibióticos, así como mejorar el trabajo con ellas como biofertilizantes.
Para poder estudiar colectivos de bacterias, los físicos suelen tratarlas como si fueran idénticas entre sí, ya que ello simplifica los análisis. Pero al igual que los humanos, las bacterias no sólo tienen distintos tamaños, características físicas y movimientos. Sino que también cada bacteria cambia de dirección a su propio ritmo, incluso si son de la misma especie.
¿Qué rol juega esa diversidad de movimientos? Es lo que acaba de descubrir una investigación internacional publicada en la revista Soft Matter, realizada por físicos del Núcleo Milenio Física de la Materia Activa (Chile), de la Universidade Federal do Pará (Brasil), la Universidad de Göttingen (Alemania) y del King’s College London (Inglaterra) que reveló que dicha variedad influye drásticamente en el poder de aglomeración de las bacterias.
Un hallazgo que podría ayudar a mejorar el combate contra las bacterias resistentes a los antibióticos -pues estas se protegen cuando están en grupos más grandes- así como el trabajo con ellas como biofertilizantes, donde las aglomeraciones obstaculizan su buen funcionamiento.
“Los resultados indican que las aglomeraciones de bacterias son hasta 60% más grandes cuando no todas las bacterias cambian de dirección con el mismo período, en comparación a si lo hicieran todas de igual forma. También hemos encontrado fórmulas sencillas que predicen cuáles son los tamaños promedios de las aglomeraciones de bacterias, para cualquier nivel y estructura de diversidad”, dice Pablo de Castro, físico brasileño, investigador posdoctoral del Núcleo Milenio Física de la Materia Activa (DFI-FCFM de la U. de Chile) y uno de los autores del estudio.
CAMBIO DE DIRECCIÓN
Las bacterias “nadan” en busca de nutrientes. Lo hacen en una dirección fija, pero dependiendo de las señales químicas que encuentren en el camino (que revelen que hay nutrientes en otro lugar), cambian de dirección.
Por eso y para saber si la diversidad de sus movimientos jugaba algún rol en sus patrones de aglomeración, los físicos desarrollaron y simularon computacionalmente un modelo teórico para estudiar bacterias con características de movimiento distintas entre sí nadando en un canal estrecho.
¿Qué encontraron? Primero, que las aglomeraciones de bacterias se vuelven mayores debido -puramente- a la diversidad de estas y sus movimientos. “En las regiones fuera de las aglomeraciones se quedan las bacterias que cambian rápidamente la dirección de sus movimientos. Mientras que las que cambian de dirección de forma más pausada, permanecen más tiempo localizadas en los bordes de las aglomeraciones, atrapando a otras bacterias en su interior, lo que genera colonias bacterianas más grande”, explica De Castro.
También hallaron que en los canales suficientemente anchos las bacterias pueden
escapar de las aglomeraciones más rápidamente. De hecho, las bacterias no tienen que
esperar que sus colegas del borde del grupo cambien de dirección para que les
permitan pasar. “De esta forma, descubrimos que, para canales anchos, una colonia de bacterias iguales o con diversidad se comporta de igual manera, pero en un canal estrecho las colonias diversas forman aglomeraciones más grandes”, explica Rodrigo Soto, director del Núcleo Milenio y parte del estudio.
APLICACIONES
La importancia del hallazgo radica en que podría ayudar a intervenir en los mecanismos que permiten que las bacterias se vuelvan resistentes a los antibióticos, además de ayudar a mejorar el trabajo con biofertilizantes. “La mayoría de las bacterias del suelo tienen tamaños micrométricos y viven en poros del tamaño de 6 micrómetros o más pequeños. Muchas de ellas actúan como biofertilizantes llevando químicos a las raíces de las plantas. La eliminación de aglomeraciones en los poros puede aumentar significativamente la eficiencia de los biofertilizantes, pues de otra forma las aglomeraciones bloquean el avance de las bacterias. Este trabajo muestra
que colonias de bacterias menos diversas generan menos aglomeraciones y, por lo tanto, pueden ser más adecuadas para usarla como biofertilizantes”, dice el investigador posdoctoral del Núcleo Milenio.
También podría ayudar a manejar los mecanismos que permiten a las bacterias ser más resistentes a los antibióticos, ya que, cuando se aglomeran, “solamente las bacterias en el borde del grupo (las que cambian de dirección menos seguido), tienen contacto más directo con la sustancia antimicrobiana (no así las que están dentro de la aglomeración). De esta forma se podrían diseñar antibióticos más eficientes que actúen sobre este tipo de bacterias”, explica Soto.
Trabajo colaborativo
“Active mixtures in a narrow channel: Motility diversity changes cluster sizes”, Soft Matter, 2021. Es el nombre de esta investigación, fruto del trabajo colaborativo entre físicos de distintos países:
– Universidad de Chile (Chile): Dr. Rodrigo Soto, director del Núcleo Milenio y Dr. Pablo de Castro, investigador posdoctoral.
– Universidade Federal do Pará (Brasil): Dr. Saulo Diles
– Universidad de Göttingen (Alemania) y del King’s College London (Inglaterra): Dr. Peter Sollich.Estudio completo:
https://doi.org/10.1039/D0SM02052D
https://arxiv.org/abs/2011.08905.