Hay algunas bacterias que logran pasar por espacios increíblemente diminutos. Un estudio, y la asombrosa ilustración de uno de los investigadores, revela cómo logra pasar por el tracto digestivo de un insecto la bacteria Caballeronia insecticola.
La semana pasada se publicó en Nature Communications el trabajo de unos investigadores que encontraron que la bacteria C. insecticola avanza por un cuello de botella en el interior de un insecto, un espacio de 1 micrómetro de ancho, gracias a un movimiento de “envoltura flagelar”. El microbio envuelve su flagelo —la parte que parece una cola y que usan las bacterias para moverse— alrededor de su cuerpo, y avanza como si fuera un tirabuzón o un sacacorchos. El hallazgo revela la forma en que esta especie logra pasar por un espacio tan angosto y sirve como información para el tratamiento contra bacterias perjudiciales.
Configurado como la rosca de un tornillo
“Hace unos años los investigadores notaron algo inusual: la C. insecticola puede envolver la parte delantera de su cuerpo con su flagelo en lugar de dejarla arrastrando detrás como quien nada”, escribió en un artículo para Springer Nature y Behind the Paper Daisuke Nakane, coautora del trabajo e investigadora en la Universidad de Electrocomunicaciones. “Esta configuración en forma de rosca de tornillo rota como una tuneladora en miniatura y ayuda a la célula a avanzar. No sabíamos si este movimiento era solo una curiosidad o si constituía la clave para la conquista de espacios estrechos”.
Según Nakane, desde hace un tiempo la capacidad de esta especie para pasar por espacios tan diminutos ha intrigado a los investigadores. Nakane y su equipo pusieron C. insecticola en un dispositivo con canales casi idénticos en tamaño a los del organismo del insecto, y como puede verse en el video, las bacterias pasaron sin problemas.
Envolvieron sus cuerpos en sus flagelos, y aunque el 15% de las bacterias lo utilizaba para pasar por los lugares más amplios, el 65% utilizó esa forma de locomoción para los lugares más estrechos. Las simulaciones computarizadas revelaron el secreto del éxito de este método.
“En un espacio estrecho el líquido que rodea a la célula apenas se mueve porque las paredes lo mantienen en su lugar. El flagelo extendido – que suele empujar el agua hacia atrás – casi se vuelve inútil. Pero con el flagelo envolviendo el cuerpo se crea una superficie helicoidal rotativa que empuja el líquido por el diminuto espacio que queda entre la célula y las paredes, generando así un impulso hacia adelante. La bacteria se convierte entonces en un tornillo con autopropulsión, perfecto para los entornos estrechos”.
Una regla elegante
Nakane y sus colegas descubrieron que también otros parientes de C. insecticola hacen esto. Son especies que utilizan la envoltura flagelar para sostener su velocidad mientras avanzan por los túneles en miniatura, en tanto que las especies que no lo hacen son incapaces de avanzar o acelerar.
También, los investigadores mostraron que la capacidad de la bacteria para envolverse con el flagelo está en la raíz flexible que le da mayor o menor flexibilidad dependiendo de la especie. La teoría se confirmó porque C. insecticola tiene una raíz flexible, según lo demostraron los experimentos de modificación genética.
Cuando le cambiaron a la bacteria su flexible raíz de flagelo por una versión más rígida de otras especies, entonces ya no pudo usar la envoltura flagelar y permanecía detenida en espacios estrechos. Pero si a las otras especies les ponían la raíz flexible de C. insecticola, esas especies lograban en mayor o menor grado envolverse y pasar por espacios más estrechos.
“En las simulaciones físicas se confirmaron estos resultados, reafirmando la simple pero elegante regla de que con una raíz flexible es posible la envoltura flagelar, que a su vez permite pasar por túneles estrechos, y eso permite la supervivencia”, dijo Nakane. “No se trata de un fenómeno de laboratorio. Cuando estudiamos mutantes con raíz rígida dentro de insectos reales, no tenían capacidad de colonizar al huésped. Sin la envoltura no podían pasar la barrera de un micrómetro. La evolución claramente ha hecho que la raíz del flagelo sea más blanda para ayudar a las bacterias a recorrer la arquitectura interna de sus huéspedes”.
El club de la envoltura flagelar
Los científicos observaron movimientos similares en organismos como Campylobacter, Helicobacter y Pseudomonas, bacterias que avanzan por conductos glandulares y capas de moco. Eso sugiere que la envoltura flagelar podría ser una característica común en microbios que necesitan atravesar áreas estrechas y viscosas.
Lo que tal vez más entusiasma es que la capacidad de impedir o promover esta estrategia podría detener a las bacterias dañinas y promover la reproducción de las beneficiosas. Ese cambio también podría inspirar la configuración de sistemas o micro-robots perforadores en nanoescala.
