Los biofilms son comunidades microscópicas de bacterias que se adhieren a prácticamente cualquier superficie: desde las rocas de los ríos y lagos hasta el interior de las tuberías, pasando por la piel humana y la superficie de nuestros dientes. Estas estructuras, envueltas en una matriz extracelular protectora, representan una de las formas de vida más resistentes y ubicuas del planeta.
Hasta ahora, se pensaba que cuando estos biofilms llegaban al final de su ciclo vital, simplemente se disolvían de forma pasiva. Sin embargo, un equipo internacional de investigadores ha revelado un mecanismo sorprendente y activo: los biofilms son capaces de expulsar con fuerza células específicas como si fueran cápsulas de escape, garantizando la supervivencia de la comunidad.
El estudio, publicado en la revista Nature Microbiology, ha sido liderado por el profesor Gürol Süel de la Universidad de California en San Diego (UC San Diego), en colaboración con investigadores de la Universitat Pompeu Fabra (UPF) de Barcelona, entre ellos Jordi Garcia-Ojalvo.
Los científicos observaron este fenómeno mientras estudiaban el bacilo del heno (Bacillus subtilis), una bacteria modelo ampliamente utilizada en investigación. Utilizando imágenes de alta resolución a escala de célula individual, documentaron cómo, ante señales de estrés como la falta de nutrientes, el biofilm genera fuerzas mecánicas que expulsan células móviles del interior hacia el exterior.
“El biofilm percibe que está en peligro y expulsa a células de la comunidad como si fueran cápsulas de escape”, explica Süel. “El biofilm sabe que va a morir, así que expulsa a algunas de sus células para que puedan sobrevivir y tener una nueva oportunidad”.
Lo más sorprendente es que este mecanismo de eyección forzada solo se había descrito antes en organismos tan distantes evolutivamente como las medusas.
Gracias a una estrecha colaboración, los doctorandos Todd Kwang-Tao Chou y Alejandra Dau-Martínez (UC San Diego) y Júlia Vicens (UPF) combinaron imágenes celulares con modelización matemática en el Laboratorio de Biología de Sistemas Dinámicos de la UPF.
Descubrieron que la eyección es impulsada por la producción de un polímero llamado ácido poli-γ-glutámico (γ-PGA). Este compuesto forma un hidrogel capaz de absorber hasta mil veces su peso en agua. Al hincharse, genera presión osmótica que fluidifica el entorno y deforma el biofilm —similar al flujo de lava en una erupción volcánica—, propulsando las células interiores a través de las capas externas para liberarlas.
Jordi Garcia-Ojalvo destaca que el modelo matemático permitió descifrar los mecanismos físicos subyacentes, hasta entonces desconocidos.
Los biofilms son notoriously resistentes a antibióticos y representan un problema creciente en infecciones hospitalarias, obstrucción de tuberías o contaminación industrial. Los investigadores demostraron que la sobreproducción de γ-PGA puede forzar la ruptura del biofilm sin necesidad de antibióticos ni sustancias tóxicas.
“Esto abre la puerta a nuevas estrategias para desintegrar comunidades bacterianas perjudiciales de forma innovadora”, señalan los autores.
Además, los hallazgos podrían ayudar a comprender mejor a procesos como la metástasis del cáncer, ya que los tumores comparten con los biofilms características como la resistencia colectiva y la liberación de células para colonizar nuevos entornos.
