Se trata, según los científicos, de uno de los grandes peligros de la actualidad ya que son numerosas las bacterias capaces de entrar en letargo profundo durante períodos de tiempo prolongados (algunas hasta 100 millones de años) y al despertar provocar enfermedades e incluso la muerte. Un ejemplo es el ántrax.
A menudo nos maravilla la capacidad de algunos animales que pueden hibernar durante meses, como los osos. Luego escuchamos hablar del pósum pigmeo oriental (Cercartetus nanus), un marsupial australiano con el récord de mayor tiempo entre las sábanas para un mamífero: 367 días. Pero entonces descubrimos que algunos caracoles pueden dormir hasta 3 años y flipamos.
La realidad es que en términos biológicos, esos tres años son una bicoca. Daría lo mismo que fueran 30 años o 3 siglos porque hay microbios enterrados bajo el fondo del mar durante más de 100 millones de años que parecen muertos pero cuando llegaron al laboratorio y los alimentaron, comenzaron a multiplicarse.
Para sobrevivir en condiciones ambientales adversas, algunas bacterias entran en estado latente y se convierten en esporas, con procesos biológicos suspendidos y una “armadura” protectora alrededor de la célula. Estas mini fortalezas biológicamente inertes permiten que las bacterias pasen períodos de hambruna y se protejan de los estragos del calor extremo, los períodos secos, la radiación ultravioleta, los productos químicos agresivos y los antibióticos para luego volver a la carga.
Durante más de un siglo, los científicos han sabido que cuando las esporas detectan nutrientes en su entorno, se despojan rápidamente de sus capas protectoras y vuelven a encender sus motores metabólicos. Aunque el sensor que les permite detectar nutrientes se descubrió hace casi 50 años, los medios para enviar la señal de alerta y cómo esa señal desencadena la reactivación bacteriana seguía siendo un misterio.
En la mayoría de los casos, la señalización se basa en la actividad metabólica, sin embargo, todos estos procesos se interrumpen dentro de una bacteria inactiva, lo que plantea la cuestión de cómo la señal induce a las bacterias dormidas a despertarse si la actividad se ha detenido.
Una siesta de siglos
Ahora un equipo de científicos de la Universidad de Harvard, liderado por David Rudner, ha descubierto un nuevo tipo de sensor celular que permite que detecten la presencia de nutrientes en su entorno y rápidamente vuelvan a la vida. De acuerdo con el estudio publicado en Science, estos sensores funcionan como canales a través de la membrana y permanecen cerrados durante la inactividad, pero se abren rápidamente cuando detectan nutrientes. Una vez abiertos, los canales permiten que los iones cargados eléctricamente fluyan a través de la membrana celular, poniendo en marcha el desprendimiento de las capas protectoras de esporas y el encendido de los procesos metabólicos después siglos de “siesta”.
Los hallazgos del equipo podrían ayudar a informar el diseño de formas de evitar que las esporas bacterianas peligrosas permanezcan inactivas durante meses, incluso años, antes de despertarse nuevamente y causar brotes.
«Este descubrimiento resuelve un rompecabezas que tiene más de un siglo – explica Rudner –. ¿Cómo detectan las bacterias los cambios en su entorno y toman medidas para salir de la inactividad cuando sus sistemas están casi completamente apagados dentro de una armadura protectora?”
Rudner y su equipo utilizaron múltiples vías para seguir los giros y vueltas del misterio. Desplegaron herramientas de inteligencia artificial para predecir la compleja estructura del sensor formada por cinco copias de la misma proteína sensora. También aplicaron el aprendizaje automático para identificar las interacciones entre todas las capas de la proteína. A esto le sumaron técnicas de edición genética para inducir a las bacterias a producir sensores mutantes como una forma de probar cómo se desarrollaban las predicciones basadas en las células vivas.
“Lo que me encanta de la ciencia – añade Rudner – es cuando haces un descubrimiento y de repente todas estas observaciones dispares que no tienen sentido de pronto encajan. Es como si estuvieras trabajando en un rompecabezas, y encuentras dónde va una pieza y de repente puedes encajar seis piezas más muy rápidamente”.
Implicaciones para la salud humana
“Comprender cómo las bacterias latentes vuelven a la vida no es solo un rompecabezas intelectualmente tentador – concluye Rudner –, sino uno con importantes implicaciones para la salud humana. Varias bacterias que son capaces de entrar en letargo profundo durante períodos de tiempo son patógenos peligrosos, incluso mortales: la forma blanca en polvo del ántrax está compuesta de esporas bacterianas, por ejemplo”.
Otro patógeno peligroso que forma esporas es Clostridioides difficile, que causa diarrea y colitis potencialmente mortales. La enfermedad por C. difficile generalmente ocurre después del uso de antibióticos que matan muchas bacterias intestinales pero son inútiles contra las esporas latentes. Después del tratamiento, C. difficile despierta del letargo y puede florecer, a menudo con consecuencias catastróficas.
La erradicación de las esporas también es un desafío central en las plantas de procesamiento de alimentos porque las bacterias latentes pueden resistir la esterilización debido a su armadura protectora y su estado deshidratado. Si la esterilización no tiene éxito, la germinación y el crecimiento pueden causar enfermedades graves transmitidas por los alimentos y pérdidas financieras masivas.
Comprender cómo las esporas detectan los nutrientes y salen rápidamente de la inactividad puede permitir a los científicos desarrollar formas de desencadenar la germinación temprano, lo que hace posible esterilizar las bacterias o bloquear la germinación, manteniendo a las bacterias atrapadas dentro de sus caparazones protectores, incapaces de crecer, reproducirse y estropear los alimentos o causar enfermedad.
