Físicos descubren los secretos de natación de la bacteria Helicobacter pylori: como la ulcera- y el patógeno cancerígeno sobrevive al estómago

Si bien no es tan inspirador como el corazón ni tan misterioso como el cerebro, el estómago es igual de impresionante: el saco muscular se agita con un ácido tan poderoso que disolverá el metal, pero no digiere el órgano en sí. El estómago se protege de su propio ácido con una capa de moco., una táctica que no siempre funciona contra la úlcera- y causantes de cáncer Helicobacter pylori, la única bacteria que se sabe que coloniza ese ambiente hostil. H. pylori de alguna manera sobrevive al ácido, nada a través de la capa de moco, e infecta las células del estómago. Un estimado 50 por ciento de los humanos albergan H. pylori en sus entrañas, pero solo algunos de ellos desarrollan úlceras o cáncer de estómago. Así que entendiendo cómo H. pylori sobrevive aquí es clave para entender esas enfermedades.

rama bansil, profesor de la Universidad de Boston de física, y de ciencia de los Materiales & Ingenieria, que ha estudiado la mucosidad estomacal durante más de dos décadas, ha descubierto dos factores que le dan una ventaja a la bacteria: los químicos que segrega y su habilidad para nadar. Ambos son críticos para su éxito..

Bansil, cuyo trabajo es financiado por la Fundación Nacional de Ciencia, sintió curiosidad por la mucosidad estomacal a fines de la década de 1980. “La pregunta en ese entonces era: El estómago produce casi medio galón de jugo gástrico al día., que es ácido y puede digerir las uñas, entonces, ¿por qué no digiere el estómago??" ella dice. Los investigadores sospecharon que la fina capa de moco protegía al estómago de este ácido, pero nadie sabía exactamente cómo funcionaba. Bansil, cuya área de investigación son los geles y la gelificación, comenzó a estudiar la proteína purificada mucina, que le da al moco estomacal su capacidad de gelificarse. En este trabajo inicial, ella y sus colegas descubrieron que se gelificaba solo en condiciones extremadamente ácidas, por debajo de un pH de 4.

Luego, ella dirigió su atención a H. pylori. “Decidí que en realidad intentaríamos ver cómo esta bacteria se transmite, ya que esta capa es probablemente similar a un gel, o al menos ciertamente muy viscosa, como una pasta de dientes suave o vaselina," ella dice. “¿Cómo nada algo a través de tal medio?”

Algunos investigadores habían planteado la hipótesis de que la bacteria en forma de espiral se abría paso a través de la mucosidad espesa como un sacacorchos.. Pero en experimentos de laboratorio, Bansil y sus colegas encontraron, asombrosamente, ese H. pylori, que se impulsa con flagelos giratorios, no podía nadar a través de un gel en absoluto. “Aunque está vivo y sus flagelos giran, no avanza. Simplemente permanece en su lugar," ella dice.

en forma de espiral H. pylori es la única bacteria conocida que coloniza el estómago humano. Un estimado 50 por ciento de los humanos albergan H. pylori en sus entrañas, pero solo algunos desarrollan úlceras o cáncer de estómago. Foto de lucadp/iStock

No así en la mucosidad estomacal.. Ahí, H. pylori secreta una enzima llamada ureasa, que descompone la urea en el estómago en dióxido de carbono y amoníaco, dando el olor a amoníaco al aliento de las personas infectadas. Amoníaco, una base, reacciona con la mucosidad del estómago, elevando su pH y licuándolo. “Desgelificó el gel, y esta gelificación reversible fue la clave para que esta bacteria pasara,”Dice Bansil, quien publicó esta investigación en Actas de las Academias Nacionales de Ciencias en 2009.

Si H. pyloriLa forma de sacacorchos no ayudó a perforar la mucosidad., se preguntó Bansil y sus colegas, por que tenia esa forma? Otra bacteria en forma de espiral llamada Campylobacter jejuni es capaz de colonizar la parte superior del intestino delgado, por lo que la forma debe ser importante para algo. “Queríamos saber por qué H. pylori tiene un cuerpo helicoidal,” dice Maira Constantino (GRS'17), un candidato a doctorado que se unió al laboratorio de Bansil en 2014. “¿Cuál es la ventaja allí?”

Muchos asumieron que el cuerpo en forma de sacacorchos aumentó H. pylorila velocidad de nado en general, porque las formas de sacacorchos producen empuje cuando giran. Experimentos previos de otros grupos apoyaron esto, encontrando esa forma de espiral Helicobacter nadaba de dos a tres veces más rápido que en forma de barra mi. coli. “Pero esa no es una buena comparación, porque en realidad estás comparando dos organismos diferentes,”Dice Bansil. ella colaboró ​​con Nina Salamá, un microbiólogo del Centro de Investigación del Cáncer Fred Hutchinson en Seattle que había criado mutantes H. pylori, igual que el original pero en forma de varilla.

Luego los filmaron, cientos a la vez, nadando en mucina y caldo de cultivo, a ver cuales nadaban mas rapido. Comparando los videos, encontraron que, de media, Las bacterias helicoidales eran aproximadamente 10 a 15 por ciento más rápido que sus parientes en forma de barra. Publicaron sus resultados en Microbiología Molecular en 2015.

Pero esos resultados fueron solo promedios.. Constantino quería llevar el análisis más allá, filmando el movimiento y la forma de bacterias individuales, un proceso laborioso. Tomando video a alta velocidad, 200 cuadros por segundo, ella fue capaz de registrar la velocidad, rotación, y la forma del cuerpo de bacterias individuales. Ella y sus colegas descubrieron que ambos tipos de bacterias giraban mientras nadaban., acerca de 10 a 15 longitudes del cuerpo por segundo—“una zancada bastante buena,pero la hélice nadó un poco más rápido, dice Bansil. Para entender exactamente por qué, Bansil y Constantino enviaron los datos al colega Henry Fu, profesor asociado en el departamento de ingeniería mecánica de la Universidad de Utah, y su alumno Mehdi Jabbarzadeh, quien lo usó para construir un modelo teórico de H. pylori natación. Los científicos de Utah descubrieron que tener más flagelos contribuía más a la velocidad que a la forma del cuerpo.; la forma helicoidal contribuyó, a lo sumo, 15 porcentaje del empuje propulsor de la bacteria, confirmando lo que los científicos habían encontrado antes. "Los 15 la diferencia porcentual no parece muy grande, pero puede ser una ventaja suficiente que la helicoidal le gane a la varilla a largo plazo,”Dice Bansil.

Los resultados, y evidencia en video, se publicaron en noviembre 2016 en Avances de la ciencia. Bansil y sus colegas ahora están estudiando H. pylori de un paciente con cancer, así como la mucosidad del estómago del paciente, buscando pistas en la interacción específica de la bacteria con la mucina.

El trabajo de Bansil puede resultar útil en otro campo de la ciencia: entrega de medicamentos. “Muchos medicamentos no pueden atravesar la mucosidad. Solo las drogas muy pequeñas pueden pasar, o aquellos que pueden descomponer la mucosidad," ella dice. No es dificil de hacer H.pagsylori inofensivo por manipulaciones genéticas, y si se puede cargar como una capsula, con, decir, un medicamento de quimioterapia, la bacteria podría usar su capacidad innata para atravesar la mucosidad y llevar el tratamiento, y entregarlo donde se necesita. “Esta podría ser una forma muy inteligente de administrar un fármaco dirigido por vía oral,”Dice Bansil.

Fuente: www.bu.edu, por Bárbara Morán