El cambio de forma de E. coli uropatogénico en infecciones del tracto urinario

Las bacterias tienen formas únicas de sobrevivir en entornos difíciles. Un ejemplo es Escherichia coli uropatogénica (UPEC), que a menudo se presenta en forma de bastón, pero puede cambiar a formas esféricas o filamentosas cuando causa infecciones del tracto urinario (ITU). Las ITU son una de las principales causas de resistencia a los antibióticos, y UPEC es responsable de la mayoría de estos casos. Aunque los expertos saben mucho sobre el proceso de infección, los detalles de cómo UPEC vive dentro de las células humanas durante las ITU aún no están claros.

#UPEC y su Comportamiento dentro de las Células Humanas

Cuando UPEC invade las células de la vejiga, forma grupos de bacterias llamados comunidades bacterianas intracelulares (IBC). Muchas de estas bacterias se convierten en cocos, que miden alrededor de 1 micrómetro o menos. Al principio, los científicos pensaban que estos cocos se formaban porque las células se encogían o cambiaban de forma con el tiempo. Esta teoría se basaba en la idea de que los nutrientes dentro del huésped no limitaban el crecimiento de las bacterias. De hecho, estudios anteriores mostraron que los bastones de UPEC podían dividirse en cocos, pero el proceso exacto detrás de esto no se entendía completamente.

Al observar cuidadosamente el crecimiento de UPEC en células de la vejiga humana en un laboratorio, los investigadores identificaron las herramientas de división celular, conocidas como Divisoma, que juegan un papel significativo en cómo se forman estos cocos.

#Configuración del Modelo de Infección

Para estudiar UPEC, los científicos establecieron un modelo de infección en el laboratorio utilizando células de la vejiga humana. Desafiarón a estas células con UPEC etiquetada con fluorescencia, lo que les permitió rastrear cómo las bacterias se dividían con el tiempo. Alrededor de seis horas después de que comenzó la infección, se observaron cambios de formas de bastón a cocos, incluso con solo unas pocas bacterias presentes en cada célula de la vejiga. Este hallazgo fue sorprendente porque investigaciones anteriores sugerían que los cocos solo aparecían en grupos más grandes de bacterias.

#Observaciones de la Dinámica de División de UPEC

Se confirmó que el divisoma regula cómo UPEC se divide de formas de bastón a cocos. El equipo de investigación utilizó diversas técnicas de imagen para observar las bacterias y medir sus tamaños y formas. Encontraron que las bacterias intracelulares de UPEC eran notablemente más cortas que las que estaban fuera de las células. Por ejemplo, las bacterias intracelulares tenían un promedio de 1.3 micrómetros de longitud, mientras que las bacterias extracelulares promediaban 2.59 micrómetros.

Al observar el comportamiento de división, los bastones de UPEC se transformaron en cocos con longitudes promedio de 0.88 micrómetros. Estos cocos generalmente tenían un ancho y altura similares, lo que fue diferente de las bacterias extracelulares después de la división.

Se realizaron más estudios con otra cepa de UPEC. Los resultados mostraron que los patrones de división se mantenían similares, confirmando que UPEC puede dividirse de manera consistente en formas de cocos y mantener esta forma a lo largo de generaciones.

#El Papel de las Proteínas de División

Para asegurar que la formación de cocos depende de una división activa, los científicos rastrearon el comportamiento de proteínas específicas involucradas en la división celular dentro de UPEC. Estas proteínas, FtsZ y FtsN, son esenciales para dividir las bacterias. Observaron cómo FtsZ crea un anillo en el centro de la célula para señalar la división.

El tiempo que tardaron los cocos en dividirse fue significativamente más largo dentro de las células de la vejiga, promediando más de dos horas, en comparación con solo 20 minutos en condiciones de crecimiento estándar. Esta tasa de división más lenta también se notó en una cepa diferente de UPEC, lo que indica que este comportamiento no es único de un tipo específico de bacteria.

#Cambios en los Patrones de Movimiento

Curiosamente, mientras estudiaban los procesos de división en los cocos, los investigadores notaron cambios en cómo se movían las proteínas de división. En las bacterias en forma de bastón, el movimiento de las proteínas es suave y consistente. Sin embargo, en los cocos más pequeños, los patrones se volvieron erráticos. En lugar de moverse de un extremo a otro, las proteínas comenzaron a mostrar comportamientos más complejos, como movimientos circulares a lo largo de los lados de los cocos.

#Comportamiento del ADN Durante la División

Examinar cómo se comporta el ADN durante la división en los cocos de UPEC fue otro aspecto crucial del estudio. Usando un marcador de ADN, los investigadores confirmaron que durante la división celular, ambos cocos hijos recibieron partes iguales del ADN. Este compartimiento eficiente de ADN reflejó lo que se observó en las bacterias en forma de bastón.

La longitud promedio de ADN en los cocos intracelulares era menor que en las bacterias extracelulares, pero aún se dividió de manera equitativa. Cuando se observaron tanto la segregación del ADN como la división celular, los científicos encontraron que las proteínas de división comenzaron a trabajar sobre el ADN no dividido, lo que sugiere que ciertos mecanismos que controlan el ADN no estaban tan activos en los cocos como lo estaban en los bastones.

#Conclusión: Por Qué UPEC Cambia de Forma

La investigación ilustra que UPEC puede cambiar activamente de una forma de bastón a una forma de coco y mantener esta forma durante su vida dentro de las células huésped. Esta capacidad de cambiar de forma es impulsada por una maquinaria de división compleja, similar a cómo se dividen las bacterias en forma de bastón.

Los hallazgos clave mostraron que, aunque la división de los cocos es más lenta, los mecanismos que guían el proceso de división permanecen sorprendentemente sin cambios. Además, la descomposición del movimiento suave de las proteínas en un comportamiento más caótico destaca los desafíos que enfrentan las bacterias a medida que se adaptan a su entorno.

Una razón para este cambio de forma podría ser que los cocos pueden encajar mejor y multiplicarse más dentro de las células infectadas de la vejiga. Esto podría llevar a tener más bacterias dentro de una sola célula en comparación con cuando están en forma de bastón. Además, la investigación indica que los cocos tienen una mejor oportunidad de sobrevivir en algunos entornos.

A medida que los científicos continúan investigando estos procesos, esperan entender mejor los mecanismos detrás de la supervivencia bacteriana y las implicaciones para tratar infecciones causadas por UPEC y cepas relacionadas. Más estudios pueden ofrecer información sobre cómo los cambios de forma en las bacterias pueden afectar su crecimiento y comportamiento, lo cual es vital en la lucha contra la resistencia a los antibióticos y para desarrollar tratamientos efectivos.