Cuando bacterias como Escherichia coli (E. coli) ingresan a nuestro cuerpo, nadan hacia objetivos como los intestinos y el tracto urinario. Estos intrusos no se detendrán ante nada para colonizar e infectar espacios. De hecho, las bacterias pueden nadar contra la corriente, yendo contra la corriente para lanzar su invasión.
En un nuevo estudio publicado en la revista Newton, los investigadores rastrearon el movimiento de E. coli para ver cómo las bacterias se mueven por el cuerpo. Descubrieron que las bacterias son expertas en navegar por los canales dentro de nuestro cuerpo e incluso pueden atravesar fuertes corrientes de fluidos. Más allá de mostrar cómo se propagan las infecciones bacterianas, este conocimiento también puede proporcionar un modelo para los microrobots que administran medicamentos en el cuerpo.
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E. coli son nadadores notablemente rápidos
Las bacterias son capaces de nadar sin esfuerzo, todo gracias a su flagelo; este apéndice que se extiende desde las bacterias gira para impulsarlas en ambientes líquidos. Contiene un motor que puede cambiar entre movimientos en el sentido de las agujas del reloj y en el sentido contrario, lo que permite que las bacterias cambien de dirección a medida que se mueven, según un estudio publicado en Trends in Microbiology.
“Las bacterias son nadadores notablemente rápidos y adaptables, capaces de moverse cientos de longitudes corporales por segundo mientras están sometidas a fuertes flujos de fluido”, dijo en un comunicado el autor del estudio Arnold Mathijssen, biofísico de la Universidad de Pensilvania.
Pero en lugar de seguir la corriente, las bacterias nadan contra la corriente y eventualmente llegan a áreas como los tractos respiratorio, gastrointestinal y urinario. También se mueven de la misma manera en equipos médicos, como catéteres. Contra todo pronóstico, las bacterias no tienen problemas para contaminar e infectar espacios que normalmente parecerían difíciles de alcanzar.
Ir contra la corriente
Los investigadores involucrados en el nuevo estudio querían descubrir por qué las bacterias pueden nadar tan bien, incluso cuando las corrientes de fluido las empujan. Para resolver este misterio, crearon tubos multicanal a nanoescala que imitan los que se encuentran dentro del cuerpo, y luego hicieron que E. coli nadara a través de ellos.
Los investigadores rastrearon miles de células, combinando estas observaciones con simulaciones y análisis matemáticos para predecir el flujo bacteriano (el número total de células que se mueven río arriba a lo largo del tiempo) a través de diferentes formas y configuraciones de microtubos.
E. coli nadó fácilmente a través de tubos que se parecen a los del cuerpo humano, con esquinas suaves y redondeadas. Las esquinas afiladas, por otro lado, interrumpieron el movimiento de las bacterias y detuvieron su propagación. Si los dispositivos médicos implementaran estas esquinas más afiladas en sus diseños, podría ayudar a prevenir la contaminación por bacterias.
En términos de flujo de fluido, los investigadores se sorprendieron al ver que un flujo más fuerte ayudaba a las bacterias a nadar más rápido en lugar de ralentizarlas o eliminarlas. Las bacterias utilizaron corrientes más fuertes como rieles guía, alineándose con el flujo y, en última instancia, llegando a lugares aguas arriba más rápido de lo que lo harían en condiciones menos abrasivas.
“En cuestión de minutos, vemos que las primeras células llegan río arriba”, dijo el coautor Suya Que, investigador universitario de la Universidad de Pensilvania. “Una vez que están allí, esas primeras células pioneras siembran nuevas colonias y crean una invasión ‘bidireccional’ que avanza desde ambos extremos”.
Robots inspirados en bacterias
Una vez que las bacterias llegan a su destino, forman bioagregados en forma de serpentinas que regresan río abajo para colonizar todo el canal.
Los investigadores dicen que esto tiene implicaciones importantes para infecciones como las ITU; la presencia de bacterias en una parte inferior del tracto urinario, por ejemplo, puede ser un precursor de un problema mayor en la parte superior de los riñones.
Saber cómo nadan las bacterias podría ayudar a prevenir infecciones y también podría inspirar el diseño de microrobots que puedan administrar medicamentos a objetivos dentro del cuerpo.
“Los mecanismos que utilizan para reorientarse en contra de la dirección del flujo y nadar contra la corriente son muy similares a los de un microrobot”, dijo Mathijssen. “Creo que esta es un área muy interesante de la biomimética (aprender de la biología) que podría ayudarnos a crear mejores herramientas biomédicas y terapias potencialmente nuevas”.
Este artículo no ofrece asesoramiento médico y debe utilizarse únicamente con fines informativos.
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