Un estudio del Instituto de Biología Integrativa de Sistemas (I2SysBio), centro mixto del CSIC y la Universitat de València, revela que las bacterias Escherichia coli, esenciales para la salud intestinal humana, crecen de manera predecible siguiendo leyes físicas tras ser expuestas a antibióticos. Publicado en Nature Communications, el trabajo destaca cómo las fuerzas mecánicas y la geometría celular influyen en la división bacteriana, abriendo nuevas perspectivas para combatir la resistencia a los antibióticos y diseñar tratamientos más efectivos.
Cuando las bacterias E. coli enfrentan estrés, como la exposición a antibióticos, pueden detener su división celular y crecer en forma de filamentos, un mecanismo de resistencia conocido como filamentación, común en infecciones como las del tracto urinario. Este proceso genera tensiones mecánicas que curvan los filamentos de manera predecible, según las leyes de la física. “Este comportamiento no es aleatorio, responde a una mecánica que regula la distribución de la tensión celular”, explica Javier Buceta, investigador del CSIC y líder del estudio.
El estudio demuestra que la curvatura de las bacterias filamentosas no solo afecta su forma externa, sino también procesos biológicos esenciales. La forma celular altera la red de proteínas Min, que determina los sitios de división, y reduce la concentración de ADN y la proteína MinD en las zonas de mayor curvatura, donde se concentra la maquinaria de división. “Es la primera vez que se demuestra un efecto de mecano-biología en bacterias filamentosas”, señala Buceta.
Tras la desaparición del estrés, las bacterias tienden a dividirse en los puntos de máxima curvatura, lo que indica que conservan una “memoria mecánica” de las tensiones sufridas. Esta memoria actúa como un marcador que guía las divisiones celulares cuando las condiciones mejoran.
Los hallazgos tienen implicaciones prometedoras para la biomedicina. Marta Nadal, primera autora del estudio, destaca que “entender cómo las bacterias retienen memoria de situaciones adversas puede ser clave para anticipar su comportamiento tras tratamientos antibióticos, ayudando a prevenir resistencias o recaídas”. Este conocimiento podría aplicarse al diseño de estrategias para controlar infecciones persistentes, un desafío creciente ante la resistencia bacteriana.
Además, el estudio sugiere que interferir con las propiedades físicas de las bacterias podría ser una nueva vía para desarrollar terapias. Por ejemplo, diseñar materiales que dificulten la filamentación podría prevenir la formación de biofilms, comunidades bacterianas que afectan la salud y sectores como la industria alimentaria. “Podemos fabricar catéteres con propiedades estructurales que desestabilicen los biofilms incipientes”, propone Buceta.
“La forma física de la bacteria no es solo una consecuencia de su crecimiento, sino una señal activa que guía su destino”, afirma Iago López Grobas, colíder de la investigación. El estudio trasciende los enfoques bioquímicos tradicionales y subraya el papel de la física en la división bacteriana. Los investigadores planean explorar si otros estímulos físicos, como campos eléctricos, inducen alteraciones similares, con el objetivo de mapear cómo las bacterias integran señales físicas para tomar decisiones celulares.