Las bacterias hablan con palabras eléctricas

Enviado por Moises León Sánchez

Las bacterias, como cualquier ser vivo, se comunican con su entorno, y por supuesto con organismos de su misma especie. La comunicación entre bacterias mediante señales químicas está estudiada desde hace mucho tiempo. Sin embargo, el hallazgo de que estos sencillos seres unicelulares lo hacen mediante señales eléctricas -de forma similar a como lo hacen las neuronas del sistema nervioso de los animales es toda una novedad para la microbiología

Y más aún que lo hacen para coordinarse socialmente, para actuar de forma cooperativa ante una situación adversa, para sobrevivir como un equipo y no como una suma de células individuales y egoístas. La investigación publicada en Nature liderada por Jordi García Ojalvo, de la Universidad Pompeu Fabra de Barcelona, y Gürol Süel, de la Universidad de California en San Diego, supone un auténtico descubrimiento.

Hace mucho tiempo que se conocía la existencia de canales iónicos en la membrana de las bacterias, proteínas que atraviesan la membrana de estas células y que permiten el transporte selectivo de iones de potasio cargados eléctricamente. La apertura o el cierre de estos canales permite la acumulación de una diferencia de potencial eléctrico a ambos lados de la membrana bacteriana, y por tanto la descarga de una señal eléctrica a escala microscópica. De hecho, los canales bacterianos son similares a los de nuestras neuronas y su estudio permitió comprender cómo se transmitian los impulsos nerviosos. La transmisión de estos impulsos eléctricos en las neuronas es la base fisiológica de que usted pueda razonar, leer estas páginas o mover sus músculos. ¿Pero para qué los usaban las bacterias?. Era un misterio, hasta ahora.

La investigación inicial de García Ojalvo y Gürol Süel se centraba en comprender los mecanismos de resistencia bacteriana cuando estos organismos forman biofilms (o biopelículas), una forma de comunidad microbiana en la que las células bacterianas forman delgadas películas y excretan una matriz extracelular a través de la cual intercambian agua, nutrientes, enzimas y residuos. En una palabra: en un biofilm las bacterias se hacen sedentarias, cooperan y se comunican a través de señales químicas que regulan la expresión de genes de manera diferente en las distintas partes de la comunidad, como un tejido en un organismo multicelular. Un ejemplo muy gráfico de esto es el sarro de los dientes. Las biopelículas son altamente resistentes a productos químicos y antibióticos, y son un problema médico muy importante en casos de resistencia bacteriana en hospitales.

Cuando las bacterias forman biofilms, necesitan cooperar y comportarse como una sociedad solidaria, para asegurarse de que los nutrientes -más abundantes en la periferia de la colonia- llegan a todos los rincones de la comunidad. ¿Cúal era la forma en la que seres tan sencillos resolvían los 'conflictos sociales' dentro del biofilm, entre el centro y la periferia, sobre todo cuando las condiciones se volvían adversas?

Los investigadores advirtieron que cuando un biofilm de la bacteria Bacillus subtilis crece hasta un tamaño considerable, la periferia, que tiene alimento a discreción, deja de crecer cada cierto tiempo para dejar que los nutrientes difundan al centro de la comunidad, más hambrienta. De la misma forma ocurre cuando se ataca al biofilm con productos químicos o antibióticos: la colonia actúa de forma coordinada. La amenaza es comunicada de la periferia hacia el centro.

Así que diseñaron un experimento para medir los cambios de potencial en las membranas bacterianas durante las oscilaciones metabólicas fruto de someter al biofilm a una huelga de hambre. Eureka: las oscilaciones eléctricas -en las que estaban implicados los canales iónicos- coincidían con el crecimiento de la biopelícula. Cuando los investigadores usaron fármacos para inhibir los canales iónicos, el biofilm deBacillus subtilis perdía toda su capacidad de actuación cooperativa, y las células bacterianas se volvían totalmente 'egoístas'.

El norteamericano Gürol Süel señala que, mediante estas señales, la comunidad de bacterias dentro de las biopelículas parece funcionar muy parecido a un 'cerebro microbiano', comunicándose entre sí de forma sorprendentemente similar al mecanismo neuronal llamado 'difusión de la depresión cortical' -una onda de actividad eléctrica intensa que se esparce desde un centro hasta un área amplia- involucrado en trastornos como migrañas y convulsiones.

De igual manera, cuando las bacterias del centro del biofilm tienen “hambre” (están en situación de estrés nutricional), este disparador metabólico induce la liberación de potasio intracelular, que a su vez despolariza las bacterias vecinas. Así se expande una señal eléctrica hacia la periferia para que deje de crecer y permita llegar el alimento. Esto sugiere que muchos de los medicamentos originalmente desarrollados para la epilepsia y la migraña también pueden ser efectivos en el ataque a las biopelículas bacterianas, que se han convertido en un creciente problema de salud en todo el mundo debido a su resistencia a los antibióticos, dice Süel. Estas sustancias interceptarían las comunicaciones enemigas, impidiendo que las bacterias patógenas hablaran y se coordinaran entre sí.

Pero más allá de las importantes aplicaciones médicas, este hallazgo abre toda una línea de investigación acerca de cómo aparecieron en la evolución de los seres vivos los mecanismos de coordinación pluricelulares y la transmisión neuronal ulterior. Jordi Garcia-Ojalvo, el coautor español y director del Laboratorio de Dinámica de Sistemas Biológicos de la Universidad Pompeu i Fabra afirma que el estudio ofrece una perspectiva radicalmente nueva de cómo se pudo originar el sistema nervioso en los animales. Ahora parece claro que la comunicación electroquímica, gracias a los canales iónicos transmembrana apareció en la evolución muchísimo antes de lo que se esperaba.

En la evolución, los mecanismos que funcionan y confieren ventajas tan significativas se conservan con fuerza y tienden a amplificarse y mejorarse a un ritmo relativamente rápido. En nuestro cerebro, las neuronas se comunican mediante señales electricas a una velocidad inmensamente superior que entre las bacterias. Pero ahora sabemos que la verborrea alocada de nuestras sinapsis empezó hace miles de millones de años con las primeras palabras eléctricas de una tribu de bacterias.