COMUNIDADES DE BACTERIAS
Descubren que los biofilms expulsan bacterias para asegurar su supervivencia
Cuando las condiciones dejan de ser favorables, los biofilms bacterianos no esperan a desaparecer. Un estudio publicado en Nature Microbiology muestra que expulsan parte de sus células para fundar nuevas colonias y demuestra que este mecanismo podría aprovecharse para desintegrar estas comunidades resistentes a los antibióticos.
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Los biofilms, comunidades de bacterias adheridas a superficies mediante una matriz extracelular que las mantiene unidas, cuentan con un mecanismo de supervivencia hasta ahora desconocido. Un equipo de la Universidad de California en San Diego, con la participación de investigadores de la Universidad Pompeu Fabra (UPF), ha descubierto que estas estructuras expulsan de forma activa un subconjunto de células cuando perciben que su comunidad está a punto de desaparecer. Los resultados se publican hoy en la revista Nature Microbiology.
Los científicos documentaron este fenómeno por primera vez en Bacillus subtilis, conocida como bacilo del heno. Hasta ahora se pensaba que los biofilms simplemente se desintegraban al final de su ciclo vital. Sin embargo, las imágenes obtenidas con resolución de célula individual revelaron que estas comunidades detectan el deterioro de sus condiciones y ponen en marcha un mecanismo que permite la salida de algunas bacterias para colonizar nuevos entornos.
"Hemos descubierto que, al final de su ciclo vital, estos biofilms bacterianos expulsan con fuerza algunas células específicas de la comunidad", explica Gürol Süel, profesor de la Universidad de California en San Diego y director del estudio. "El biofilm percibe que está en peligro y expulsa células de la comunidad como si fueran cápsulas de escape", añade.
Los autores señalan que solo habían encontrado un mecanismo comparable en las medusas, que expulsan sus células urticantes.
Un hidrogel impulsa la expulsión
Para averiguar cómo se produce este proceso, el equipo combinó microscopía de alta resolución con un modelo matemático desarrollado por investigadores del Laboratorio de Biología de Sistemas Dinámicos (DSB) de la UPF.
"Hemos diseñado un modelo matemático para confirmar que la eyección bacteriana es consecuencia de los cambios que se producen en el biofilm", afirma Jordi Garcia-Ojalvo, catedrático del Departamento de Medicina y Ciencias de la Vida de la UPF y director del laboratorio DSB.
El análisis mostró que la expulsión depende de la producción de ácido poli-γ-glutámico (γ-PGA), un polímero capaz de formar un hidrogel que absorbe hasta mil veces su peso en agua. Al expandirse, este material genera fuerzas mecánicas que empujan hacia el exterior a parte de las bacterias situadas en el interior del biofilm.
"La secreción de γ-PGA hace que el entorno de las bacterias sea más fluido y que, de manera similar al flujo de lava durante una erupción volcánica, el biofilm se deforme hasta conseguir expulsar algunas de las bacterias que lo forman", explica Júlia Vicens, investigadora del laboratorio DSB de la UPF y responsable del trabajo teórico.
Según los investigadores, esta estrategia permite que las bacterias móviles abandonen una comunidad cuya supervivencia está comprometida por la escasez de nutrientes u otras amenazas y establezcan nuevas colonias.
"El biofilm sabe que va a morir, así que expulsa a algunas de sus células para que puedan sobrevivir y tener una nueva oportunidad", resume Süel.
Una posible vía para romper los biofilms
Tras identificar el mecanismo, los investigadores manipularon genéticamente la producción de γ-PGA y comprobaron que podían provocar la ruptura de los biofilms mediante la sobreproducción de este polímero.
Dado que estas comunidades bacterianas presentan una elevada resistencia a los antibióticos y causan numerosas infecciones persistentes, los autores plantean que inducir su desintegración podría convertirse en una estrategia para eliminarlas sin recurrir a antibióticos ni a sustancias químicas tóxicas.
Además de su posible interés biomédico, el trabajo ofrece un nuevo marco para comprender otros sistemas biológicos. Los investigadores apuntan que los tumores sólidos comparten varias características con los biofilms, entre ellas la liberación de células que posteriormente colonizan otros tejidos durante la metástasis, por lo que este mecanismo podría ayudar a estudiar procesos similares en el cáncer.
Referencia:
Todd Kwang-Tao Chou, Alejandra Dau-Martinez, Júlia Vicens-Figueres et al. "Self-generated hydrogel ejects bacterial cells for localized biofilm dispersion". Nature Microbiology, 2026.
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