Las bacterias rara vez viven aisladas: perciben su entorno, intercambian señales y se organizan en biofilms que transforman su fisiología y su capacidad de adaptación.
Bacterias: comunidades invisibles que toman decisiones colectivas
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Freepik Desde los tiempos de Pasteur y Koch estudiamos a las bacterias. Durante mucho tiempo las observamos de manera individual, como si cada una actuara por separado. Sin embargo, en la naturaleza rara vez viven aisladas: interactúan con otras bacterias, ya sean de la misma especie o de especies diferentes. De hecho, cuando las condiciones lo permiten, prefieren estar juntas.
Muchas bacterias no son organismos pasivos: poseen distintos mecanismos que les permiten desplazarse en busca de ambientes favorables. Algunas nadan gracias a flagelos, estructuras que funcionan como pequeños propulsores, mientras que otras se mueven sobre superficies mediante mecanismos basados en la extensión y retracción de filamentos proteicos. Al entrar en contacto con una superficie pueden detectarla, “sensarla”, y responder en consecuencia. Primero se adhieren débilmente; si el ambiente resulta favorable, la adhesión se vuelve más firme y comienzan a dividirse. Las células hijas permanecen adheridas, y así se va formando una comunidad estructurada, tridimensional y dinámica. Estas comunidades no son homogéneas: aunque las células puedan ser genéticamente similares, pueden encontrarse en estados fisiológicos distintos, con variaciones en el metabolismo, el crecimiento o la expresión génica, lo que introduce una diversidad funcional que contribuye a la robustez del conjunto. En ese proceso, las bacterias también perciben la presencia de sus vecinas mediante un sistema conocido como quorum sensing: cada célula puede estimar cuántas otras hay alrededor a partir de señales químicas que ellas mismas producen y detectan.
La decisión de establecerse en un sitio no depende de una sola señal. Es el resultado de integrar múltiples estímulos: la superficie disponible, la presencia de otras bacterias, las fuentes de carbono o aminoácidos en el medio, la temperatura, el pH y muchos otros factores. Cuando el balance de señales es favorable, las bacterias comienzan a producir una matriz extracelular que las envuelve y protege. Esta matriz varía según la especie y puede contener polisacáridos, ADN o proteínas.
El conjunto formado por las bacterias y la matriz que producen se denomina biopelícula, o biofilm. Esta organización no es solo una acumulación de células: modifica profundamente su comportamiento y sus propiedades. La matriz actúa como una barrera física que dificulta la penetración de sustancias externas, mientras que en el interior se generan gradientes de nutrientes y oxígeno que llevan a que muchas bacterias crezcan lentamente o entren en estados metabólicos distintos, lo que reduce la eficacia de agentes antimicrobianos diseñados para células en división activa. Además, la proximidad entre células favorece el intercambio de material genético y la aparición de variantes adaptativas. Un ejemplo cotidiano es la placa dental: esa película que se forma sobre los dientes es un biofilm complejo donde múltiples especies bacterianas conviven, cooperan y resisten perturbaciones como cambios de pH o el uso de antisépticos. Así, las biopelículas representan una estrategia colectiva que incrementa la supervivencia frente a condiciones adversas.
Aunque durante años se le prestó poca atención, hoy sabemos que esta forma de vida es probablemente la más común en el ambiente. En medicina, por ejemplo, el uso extendido de catéteres permitió observar que las bacterias podían adherirse a estos dispositivos y formar biofilms resistentes a tratamientos antibióticos convencionales. Más tarde comprendimos que, durante muchas infecciones, los patógenos forman biopelículas sobre tejidos del huésped, y que incluso bacterias beneficiosas —como las del microbioma intestinal— también viven organizadas de esta manera. En la industria, los biofilms aparecen en cañerías que transportan alimentos, agua o petróleo, con impacto tanto económico como sanitario.
Surge entonces la pregunta: ¿cómo decide una bacteria formar o no un biofilm? Aunque se trate de una célula microscópica y aparentemente simple, posee mecanismos sofisticados para percibir su entorno. En su membrana existen proteínas que funcionan como sensores capaces de reconocer moléculas específicas, de manera similar a una llave que encaja en una cerradura. Cuando la molécula adecuada se une, la forma de la proteína cambia y esa modificación desencadena señales dentro de la célula que ajustan su comportamiento. Este principio, detectar información del ambiente mediante interacciones moleculares específicas y transformarla en respuestas internas, no es exclusivo de las bacterias: es una estrategia universal en los sistemas vivos, presente desde microorganismos hasta células humanas. A partir de estas señales, la bacteria puede activar procesos que la lleven, por ejemplo, a establecerse en una superficie y contribuir a la formación de un biofilm.
Una de esas moléculas mensajeras, que estudiamos en nuestro laboratorio, es el c-di-GMP. Es pequeña, soluble y está presente en la mayoría de las bacterias. Cuando su concentración aumenta, se une a proteínas regulatorias y activa la expresión de genes que favorecen la formación de biofilm. Así, una señal externa, por ejemplo, la presencia de lactato en ciertas regiones del intestino puede iniciar una cascada de eventos que culmina en la adhesión y la producción de matriz. En otros contextos, señales distintas, como la presencia de albúmina en la sangre, pueden indicar que ese no es un entorno adecuado para asentarse.
En cada momento de su vida, una bacteria integra información del entorno y toma decisiones que le permiten adaptarse a diferentes condiciones cambiantes. Comprender cómo estos procesos individuales se traducen en comportamientos colectivos no solo satisface nuestra curiosidad científica: tiene implicancias directas para el futuro de la medicina, la biotecnología y el cuidado del ambiente. Entender y manipular la formación de biofilms puede ayudar a combatir infecciones persistentes, optimizar procesos industriales o diseñar estrategias que aprovechen comunidades microbianas beneficiosas en agricultura y saneamiento. Aún estamos lejos de descifrar completamente estos mecanismos, pero cada avance amplía nuestra capacidad de intervenir de manera informada en sistemas complejos. El desafío sigue abierto, y abordarlo requiere microbiólogos que contribuyan a explorar y comprender este mundo microscópico que influye profundamente en nuestra vida cotidiana.
(*) El Dr. Federico Sisti pertenece al CCT-La Plata Conicet. También es profesor adjunto de la Facultad de Ciencias Exactas de la Univ. Nacional de La Plata.
Producción y edición: Miguel Títiro - [email protected]