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 Las bacterias y las neuronas de nuestro cerebro se comunican de la misma forma

ABC -   octubre de 2015

Los microorganismos se comportan como un "cerebro microbiano" para resistir a los antibióticos

"Funcionamos" gracias a la electricidad. Todos nuestros sentidos, el comportamiento y la inteligencia emergen de las comunicaciones eléctricas entre las neuronas de nuestro cerebro. Sin embargo, esta capacidad es muy, muy antigua. Tanto, que las células más evolucionadas, las neuronas, la comparten con otras que están muy abajo en la escala evolutiva: las bacterias, que ni siquiera tienen un núcleo definido.

Esto confirma que en la evolución, las soluciones que funcionan se perpetúan y se repiten en la escala evolutiva, aunque con ciertas mejoras. Una de ellas, la rapidez con que se transmiten las señales, que es mucho mayor en el cerebro que entre las bacterias. Pero básicamente ambos tipos de células utilizan el mismo sistema para sus “relaciones sociales”, que son muchas e importantes. Lo acaban de descubrir biólogos de la Universidad de California en San Diego y lo publica la revista "Nature".

Las bacterias que viven en comunidades tienen una compleja vida social y se comunican entre sí eléctricamente, a través de proteínas llamadas "canales iónicos”, lo mismo que las neuronas de nuestro cerebro. Estos canales son proteínas que atraviesan la membrana celular y permiten el paso de iones para generar una corriente eléctrica.

"Gran parte de nuestra comprensión de la señalización eléctrica de nuestro cerebro se basa en estudios estructurales de los canales iónicos bacterianos", señala Gürol Süel, profesor asociado de Biología Molecular en la Universidad de California en San Diego, que ha dirigido la investigación. Pero, era un misterio cómo las bacterias utilizan los canales iónicos. Por eso Süel se embarco con su equipo en la ardua tarea de examinar la comunicación a larga distancia dentro de las biopelículas. Estas estructuras contienen millones de células bacterianas. Es el caso, por ejemplo, de la capa de sarro que se desarrolla en los dientes. Las biopelículas bacterianas son altamente resistentes a productos químicos y antibióticos.

Estas agrupaciones de bacterias las obliga a hacer importantes cambios en su estructura y metabolismo. Entre otras cosas, necesitan comunicarse para asegurarse de que el alimento llega a todos los rincones de la colonia (en esto, aun siendo tan primitivas, nos ganan...). El interés de los científicos por el estudio de las señales de largo alcance entre bacterias surgió de un estudio anterior, publicado en julio en “Nature” en el que encontraron que las biopelículas son capaces de resolver los conflictos sociales dentro de la comunidad de células bacterianas de la misma forma que las sociedades humanas.

Cuando un biofilm formado por cientos de miles de Bacillus subtilis crece hasta un cierto tamaño, el borde exterior de protección de las células, que tiene “barra libre” de nutrientes, deja de crecer periódicamente para permitir que parte de esos nutrientes llegue al centro de la biopelícula. De esta manera, las bacterias del interior de la colonia se obtienen alimento y pueden sobrevivir a los ataques de productos químicos y antibióticos. Y uno de esos preciados nutrientes es el glutamato, que en las neuronas es un importante neurotransmisor.

Pero esas oscilaciones en el crecimiento de la biopelícula requiere una coordinación de largo alcance entre las bacterias en la periferia y las del interior. Como además las bacterias estaban compitiendo por el glutamato, una molécula cargada eléctricamente, los investigadores especularon que la coordinación metabólica entre las células distantes dentro de las biopelículas podría llevarse a cabo de forma electroquímica.

Así que diseñaron un experimento para probar su hipótesis. El objetivo era medir cuidadosamente los cambios en el membrana de la célula bacteriana durante las oscilaciones metabólicas. Los investigadores observaron oscilaciones en el potencial de membrana que coincidían con las del crecimiento de las biopelículas y encontraron que los canales iónicos eran los responsables de estos cambios en el potencial de membrana. Y cuando algunos de estos canales inonicos se eliminaban las bacterias de la biopelícula ya no era capaz de producir esas señales eléctricas.

"Al igual que las neuronas en nuestro cerebro, nos encontramos con que las bacterias utilizan los canales iónicos para comunicarse entre sí a través de señales eléctricas", explica Süel. "De esta manera, la comunidad de bacterias dentro de las biopelículas parece funcionar muy parecido a un 'cerebro microbiano'".

Süel aclara que el mecanismo específico por el que las bacterias se comunican entre sí es sorprendentemente similar a un proceso que ocurre en el cerebro, conocido como "difusión de la depresión cortical", que se cree que está involucrado en las migrañas y las convulsiones. Este mecanismo es el responsable de la formación del aura de las jaquecas y se cree que también del dolor. La depresión cortical consiste esencialmente en una onda de actividad celular intensa que se esparce hasta abarcar un área amplia de la corteza cerebral, especialmente en regiones que controlan la visión.

"Lo interesante es que tanto las migrañas como la señalización eléctrica entre las bacterias que hemos descubierto están provocadas por el estrés metabólico. "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", concluye.