10 historias sobre Bacterias

Se estima que en el cuerpo humano sano habitan más de 10.000 especies de bacterianas diferentes, de las cuales menos del 1% pueden ser potenciales patógenos. Entonces ¿porque qué cuando hablamos de bacterias tendemos a pensar sobre ellas de manera negativa? Aunque los científicos no parecen ponerse de acuerdo, el número de bacterias que habitan en nuestro cuerpo, puede igualarse al número de nuestras células, incluso algunos estudios hablan de que en nuestro cuerpo puede haber hasta 10 veces más bacterias que células humanas. Por eso a algunos microbiólogos les gusta decir que somos mitad humano mitad bacteria. Lo que si que es cierto es que nuestra vida es posible gracias a una simbiosis con las bacterias, especialmente aquellas que habitan en nuestro intestino y nos ayudan a dirigir los alimentos o que tienen la capacidad de generar las vitaminas que nuestras células no son capaces de sintetizar. A esa comunidad de bacterias que habitan en nuestro cuerpo se le denomina Microbiota.

Desde el momento en el que nacemos las personas somos colonizadas por millones de virus, bacterias y hongos, que permanecerán con nosotros durante toda nuestra vida. Estos diminutos colonizadores nos han acompañado durante toda nuestra evolución como especie, por lo que resultan fundamentales si queremos entender cómo funciona nuestro cuerpo y cómo evolucionará en el futuro. Además un aspecto muy relevante es que cada persona tenemos microorganismos diferentes, por eso es importante saber que cada uno de nosotros además de tener un genoma diferente también tenemos un microbioma distinto, que está formado por el código genético de todos los microorganismos que habitan en nuestro cuerpo.

Una utilidad muy práctica y poco conocida de nuestras bacterias es que son las responsables de activar nuestros mecanismos de defensa, e incluso de luchar contra otros microorganismos patógenos, por lo que evitan que nos colonicen y nos causen enfermedades. Y otro aspecto de lo más interesante en relación con nuestras bacterias, es cómo interactúan con nuestro cerebro, lo cual es algo aún resulta poco conocido, pero que seguramente en el futuro nos dará muchas sorpresas. Hasta el punto de que ya se comienza a hablar de algunas bacterias tienen la capacidad de producir neurotransmisores, que pueden dirigirse al cerebro e incluso llegar a modificar nuestra conducta. Pero de esto hablaremos en artículos posteriores de Futurizable cuando tengamos más información al respecto.

El microbioma humano se comenzó a estudiar a principios de este siglo en el marco de proyectos como Human Microbiome Projet del Instituto Nacional de Salud de Estados Unidos y el proyecto europeo Metagenomics Of The Human Intestinal Tract. Desde entonces cada vez son más las iniciativas a nivel de investigación que nos acercan a este desconocido mundo de las bacterias que habitan nuestro cuerpo y gracias a las cuales podemos realizar nuestra vida con normalidad. Lo que hoy vamos a hacer es destacar 10 investigaciones que resultan representativas al respecto de cómo las bacterias son determinantes a la hora de pensar en el futuro de la humanidad.

1. Una cepa atenuada de Salmonella que puede ayudar a combatir el cáncer

Científicos del Chonnam National University Hwasun Hospital en Corea del Sur buscan tratar el cáncer con una cepa atenuada de Salmonella que es infiltrada como caballo de Troya en las células malignas. La técnica, probada hasta ahora solo en ratones, consiste en introducir, a través de las bacterias, una proteína que impide el crecimiento de los tumores y reprime la metástasis. Esta investigación va en la línea de recientes estudios sobre terapia bacterial para el cáncer que muestran que varias cepas atenuadas suprimen el crecimiento de los tumores. Con esa base, los científicos diseñaron un modelo animal con el que buscaron un nuevo método para tratar el cáncer de colon de los seres humanos. El método desarrollado aprovecha las cavidades con bajo oxígeno que suelen tener los tumores y que representan un ambiente ideal para el desarrollo de ciertas bacterias. Los científicos utilizaron una cepa modificada de Salmonella para que ésta pudiera provocar una respuesta del sistema inmune a través de la segregación de una proteína llamada FlaB  y estimularon las células del sistema inmune para incrementar su actividad contra el cáncer y eliminarlo. Como resultado, el tamaño del tumor disminuyó en 11 de los 20 ratones que recibieron inyecciones de esta cepa inocua. Los científicos exponen que la combinación de la bacteria y la proteína secretada fue lo que ayudó a reducir los tumores y mejorar las probabilidades de supervivencia en estos animales. Por el contrario, en los ratones que recibieron microorganismos que no producían la proteína, el tumor tendía a crecer nuevamente.

2. Una bacteria que es capaz de frenar la transmisión del virus del Zika

Científicos de la universidad escocesa de Glasgow han identificado una bacteria llamada Wolbachia que puede controlar la reproducción de algunos invertebrados, como insectos, y frenar la transmisión en humanos del virus del Zika y del Dengue. Además esta bacteria es capaz de infectar a una gran variedad de invertebrados, como los mosquitos, en los que tiene la capacidad de tomar el control de los tejidos reproductivos de las hembras para asegurar su existencia en generaciones posteriores. Esto es posible gracias a un proceso denominado incompatibilidad citoplasmática, debido al cual los huevos de las hembras no infectadas no llegan a desarrollarse cuando son fertilizados por machos infectados. Sin embargo los huevos sí que se desarrollan cuando tanto la hembra como el macho están infectados. En la investigación los científicos identificaron dos genes de la cepa wMel de la Wolbachia, denominados CI factor A (cifA) y CI factor B (cifB), como los causantes de la incompatibilidad citoplasmática, los cuales se localizan en una parte del genoma bacteriano adquirido a partir de los virus. La bacteria Wolbachia no se encuentra de manera natural en el mosquito Aedes aegypti que infecta a los humanos con el Zika o el Dengue, pero al introducir la bacteria en el insecto se reduce significativamente su propagación en esas poblaciones. El descubrimiento de los factores de incompatibilidad citoplasmática abre la puerta a manipular genéticamente las alteraciones reproductivas inducidas por la Wolbachia y podría ayudar a controlar la transmisión de arbovirus en seres humanos usando vectores infectados con la bacteria.

3. Una bacteria fluorescente que ayuda a detectar minas antipersonales

Científicos de la Universidad Hebrea de Jerusalén han utilizado una bacteria fluorescente para desarrollar una técnica que permite detectar minas antipersonales y otros tipos de municiones enterradas bajo el suelo. De esta forma las bacterias actúan como biosensores gracias a los cuales se pueden detectar por control remoto unos artefactos que cada año hieren o matan a entre 15.000 y 20.000 personas en todo el mundo. Gracias a esta técnica se combina el uso del láser y la bacteria fluorescente para elaborar un mapa con la localización exacta de las minas o munición enterrada, de las que se estima que todavía existen más de 100 millones en unos 70 países. La técnica desarrollada aprovecha las pequeñas cantidades de vapores explosivos que desprenden los artefactos enterrados y que se acumulan cerca de la superficie, las cuales sirven para marcar su localización exacta. Para conseguirlo los científicos modificaron las moléculas de bacterias vivas de forma que cuando entran en contacto con esos vapores emitan una señal fluorescente que puede ser detectada mediante láser. En el proceso de la investigación se encapsularon las bacterias en pequeñas cuentas poliméricas y se esparcieron por la superficie de un campo minado con artefactos explosivos reales. A través de un sistema de escáner con láser se elaboró un mapa con la localización de la minas, siendo necesario aumentar la sensibilidad y estabilidad del sensor de la bacteria, mejorar la velocidad de exploración para cubrir grandes áreas y hacer el aparato de escaneado más compacto para instalarlo en dispositivos no tripulados como drones.

4. Una bacteria que puede ayudarnos a resolver el problema de la contaminación por plásticos

Científicos del Instituto de Tecnología de Kioto han descubierto una bacteria que es capaz de digerir y asimilar el Tereftalato de polietileno (PET), uno de los plásticos más usados en la industria alimenticia. Estos organismos con la maquinaria enzimática necesaria para degradar plásticos podrían servir como un método de biorremediación ambiental, gracias al cual descontaminar ecosistemas como los océanos en los que existe un grave problema de contaminación por plástico. En su investigación los científicos recogieron 250 muestras en todo tipo de medios contaminados por partículas de PET, como suelos, sedimentos, aguas residuales y lodos activos de una planta de reciclaje de botellas de plástico. Posteriormente analizaron las muestras en busca de microorganismos que pudieran usar este plástico como principal fuente de carbono para desarrollar su actividad vital. Sólo una de las muestras tomada en un sedimento de la planta de reciclaje contenía un conjunto de microbios diferente que parecía poder desarrollarse en el medio de cultivo de PET diseñado por los investigadores. En el proceso de la investigación fue localizada una nueva especie de bacteria perteneciente al género Ideonella a la que bautizaron como Ideonella sakaiensis. Esta bacteria tiene la capacidad de degradar de forma casi completa una fina película de PET en apenas seis semanas a una temperatura de 30 grados. Para conseguirlo la bacteria desarrolla unos apéndices entre la capa de plástico a través de los cuales secreta las encimas ISF6_4831 que trabajan en presencia de agua para descomponer el PET en una sustancia intermedia, que a su vez es degradada por la proteína ISF6_0224 que es capaz de romper el intermediario hasta componentes más simples y benignos desde un punto de vista ambiental, como son el etilenglicol y el ácido tereftálico.

5. El uso de bacterias en la producción de alimentos para animales

Científicos de la empresa Calysta han desarrollado un procedimiento que permite producir alimento para animales a partir de bacterias que se nutren de gas metano. Para ello se utiliza la bacteria Methylococcus capsulatus, que se hace crecer en unos tanques que contienen metano y tras varias semanas se produce un material que tras dejarlo secar puede estar listo para ser consumido por los animales, como pueden ser peces de piscifactoría. El resultado de este proceso es un producto constituido por una proteína denominada FeedKind que ha sido aprobada para su uso como ingrediente en sistemas orgánicos para alimentación animal en el Reino Unido y la Unión Europea por Organic Farmers & Growers. La proteína FeedKind producida a partir de bacterias que se encuentran en los suelos de todo el mundo, es una familia de ingredientes naturales, sostenibles y trazables para el ganado, peces y mascotas. FeedKind es producido usando un proceso natural similar a la producción de extractos de levadura. Los estudios realizados tras su desarrollo han confirmado el valor nutricional del alimento, basado en criterios como el rendimiento en el crecimiento y la salud animal. Calysta ha recibido una subvención de 4 millones de dólares del Exceptional Regional Growth Fund (eGRF), lo cual servirá a la empresa para poner en marcha la primera fase de la inversión en un horizonte de diez años, para desarrollar las instalaciones para la producción y comercialización de FeedKind y el desarrollo de tecnología para otras aplicaciones.

6. La bacteria que nos puede ayudar a conquistar otros planetas

Científicos de la NASA trabajan en un proyecto por medio del cual quieren desarrollar una nueva generación de robots espaciales que utilicen bacterias como fuente de energía. Las bacterias serían capaces de sostener una pequeña sonda robótica durante un largo tiempo, siempre y cuando estén bien alimentadas. Los primeros prototipos con esta tecnología que está desarrollando el Laboratorio de Investigación Naval (NRL), utilizan el microbio Geobacter sulfurreducens, el cual no necesita oxígeno para sobrevivir, al tratarse de una Proteobacteria mesófilam que forma parte de la biota de suelos y sedimentos anaerobios y acopla la oxidación de distintos compuestos orgánicos a la reducción de iones metálicos como el Hierro III. La Geobacter sulfurreducens fue descubierta en el sedimento del río Potomac, que bordea Washington. Esta novedosa fuente de energía podría expandir la capacidad de exploración de los vehículos espaciales en ambientes hostiles. Además la bacteria Geobacter sulfurreducens tiene la capacidad de limpiar la contaminación provocada por productos radioactivos como el uranio. Para potenciar esta capacidad científicos de la Universidad de Michigan han logrado modificarla genéticamente para reforzar su pili, las estructuras en forma de pelo o pequeños filamentos que cubren las bacterias y facilita su actividad como captador de contaminantes.

7. Las bacterias del desierto que nos ayudan a entender cómo podría ser la vida en Marte

Científicos chilenos de la Pontificia Universidad Católica de Chile y del Blue Marble Space Institute of Science han realizado un hallazgo de microorganismos en el subsuelo del desierto de Atacama, que está considerado como el más árido del mundo, lo cual puede ayudar a obtener pistas para la búsqueda de vida en Marte, debido a la similitud de las condiciones entre los dos lugares. Según la investigación realizada los organismos encontrados son capaces de vivir bajo alta radiación ultravioleta y escasa presencia de agua y luz, gracias a su capacidad de alimentarse de compuestos químicos, unas condiciones similares a las que un ser vivo del mismo tipo tendría que enfrentar en Marte. Las bacterias descubiertas en esta investigación tienen la capacidad de producir grandes cantidades de azúcar cuando realizan las fotosíntesis, lo cual le permite crear pantallas que separan los distintos componentes que conforman la célula de la bacteria y evitar que se agreguen dichos componentes por la falta de agua, lo cual ocasionaría su muerte. Tras el estudio genético de estas bacterias se trabaja en posibles aplicaciones en el mundo de la agricultura, ya que esta capacidad de adaptación a la sequía podría transferirse a algunas plantas que son utilizadas como cultivos en lugares en los que existe escasez de agua.

8. La bacteria que alarga la vida de un nemátodo y podría ayudarnos también a nosotros

Científicos del Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas (Conicet) y la Universidad Nacional de Rosario (UNR) en Argentina realizan un estudio en el campo de la microbiota y los probióticos a través del cual han descubierto que la bacteria Bacillus subtilis puede tener efectos beneficiosos sobre el sistema inmunitario y la propiedad de retrasar el envejecimiento, prolongando la vida humana a través de la colonización del intestino. Esta bacteria es consumida desde hace miles de años a través de los alimentos de países asiáticos como Japón. La investigación realizada se basa en comprobar la actuación de la bacteria en el nemátodo Caenorhabditis elegans, una clase de gusano cuyas vías regulatorias del envejecimiento están conservadas a lo largo de la evolución y básicamente son las mismas que las de los humanos. La bacteria ha demostrado su capacidad para alargar la vida del nemátodo, además de tener el efecto de mantener su vitalidad. Extrapolado a humanos, significaría vivir más allá de los 120 años con una vitalidad de una persona de 50 años. Esto es posible debido a que la bacteria es capaz de retardar el envejecimiento de las neuronas, para posteriormente ejercer el mismo efecto sobre el individuo completo y no solamente sobre un tipo celular en particular. Los científicos han descubierto los genes de la bacteria que están implicados en regular qué genes del hospedador le llevan al aumento de la longevidad. Además se ha descubierto que existe una correlación directa con los genes que se encuentran afectados en las personas centenarias que viven hoy en día. Además de esta investigación es interesante destacar también la capacidad de esta bacteria para formar esporas, lo que la hace que sea incorporable a cualquier tipo de alimento o bebida que al ser consumidos de manera regular producirán los efectos buscados.

9. Las bacterias que pueden ayudar a salvar a las abejas

Científicos de la Universidad de Lausana y la Escuela Politécnica Federal de Zúrich trabajan para estudiar las bacterias que colonizan el intestino de las abejas, con el objetivo de ayudar a mejorar la situación del deterioro de la vida de estos insectos que se está produciendo en los últimos años. La posible solución que proponen estos científicos pasa por incrementar las bacterias intestinales de las abejas y para ello se midió el repertorio de compuestos químicos simples, el llamado metaboloma de los intestinos de las abejas, para compararlo con los metabolomas intestinales de las abejas colonizadas con cada especie bacteriana individualmente y en combinación. Así se ha podido comprobar cómo cada especie bacteriana contribuye a la digestión de las abejas y las diversas estrategias que las bacterias despliegan para coexistir en el intestino del animal. Al contrario de lo que ocurre con la microbiota intestinal humana, en el intestino de la abeja habitan solo unas pocas especies bacterianas, lo cual hace que sea posible analizar cada miembro por separado y determinar su contribución a los cambios globales de metabolitos en el intestino. El siguiente paso es entender cómo estas funciones afectan a la salud de la colonia de abejas. Por ejemplo se han identificado varias especies del género Lactobacillus que digieren compuestos de plantas específicas llamadas flavonoides, abundantes en el polen y recientemente vinculadas a la salud de ratones y humanos a través de su descomposición por la microbiota intestinal. Otra especie bacteriana del intestino de la abeja, es Bifidobacterium asteroides, que desencadena la producción de hormonas de la abeja que pueden modular el sistema inmune.

10. La bacteria que se convierten en medicamento para las personas

Científicos de la empresa Synlogic trabajan en el desarrollo de un nuevo tipo de medicamentos llamado bióticos sintéticos, que contienen bacterias diseñadas para realizar trabajos especializados en el estómago de una persona. En concreto ya se está realizando un ensayo clínico en el que una serie de personas están tomando píldoras rellenas de bacterias Escherichia coli modificadas genéticamente. Estas bacterias están diseñadas para absorber amoniaco en el intestino de personas que no son capaces descomponerlo suficientemente rápido. Se trata de personas que sufren de trastornos del ciclo de la urea, un proceso metabólico que es responsable de liberar el exceso de nitrógeno al hígado. En las personas con ciclos de urea defectuosos, el exceso de nitrógeno se convierte en amoníaco. Aunque se trata de un trastorno poco común, es lo suficientemente importante como para que algunas personas lleguen a necesitar un trasplante de hígado. Otros ejemplos de empresas que trabajan en el desarrollo de medicamentos basados en biología sintética son ActoGenix (adquirida por Intrexon) que realiza estudios en Europa con una versión modificada genéticamente de la bacteria Lactococcus lactis que ha sido alterada para que genere un fármaco proteico y Marina Biotech que está realizando un estudio con bacterias anticancerígenas modificadas genéticamente.

Como habéis podido comprobar las bacterias han jugado un papel fundamental en el desarrollo de la humanidad y lo van a jugar aún más en el futuro, ya que cada vez más científicos trabajan para encontrar utilidades a esos pequeños organismos contra los que nos hemos pasado la vida luchando pero que estamos empezando a ver en parte como aliados. Eso si, no hay que olvidarse de que también hay bacterias que siguen empeñadas en acabar con nosotros y que algunas de ellas además son capaces de volverse super resistentes a los antibióticos, pero eso es otra historia.

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