La bacteria de la tuberculosis (TB), con forma de bastón, que la Organización Mundial de la Salud ha vuelto a clasificar entre las enfermedades infecciosas más mortíferas del mundo, es el primer organismo unicelular del que se ha observado que mantiene una tasa de crecimiento constante a lo largo de su ciclo de vida. Estos resultados, informados por investigadores de la Facultad de Medicina de la Universidad de Tufts el 15 de noviembre en la revista microbiología naturalderribar creencias fundamentales de la biología de las células bacterianas y sugerir por qué el patógeno mortal burla tan fácilmente nuestro sistema inmunológico y los antibióticos.
“Lo más fundamental que podemos estudiar sobre las bacterias es cómo crecen y se dividen. Sin embargo, nuestro estudio revela que el patógeno de la tuberculosis sigue un conjunto de reglas completamente diferente al de los organismos modelo más fáciles de estudiar”, dijo la científica investigadora Bree Aldridge. profesor de biología molecular y microbiología en la Facultad de Medicina y profesor de ingeniería biomédica en la Facultad de Ingeniería, así como uno de los coautores principales del artículo con Ariel Amir del Instituto Weizmann de Ciencias.
Las bacterias de la tuberculosis logran sobrevivir en los humanos porque ciertas partes de la infección pueden evolucionar rápidamente dentro de su huésped, lo que permite que estos valores atípicos eviten la detección o se resistan al tratamiento. Si alguien tiene tuberculosis, se necesitan meses de varios antibióticos para curarse, y aun así este enfoque sólo tiene éxito en el 85% de los pacientes. Aldridge y sus colegas plantean la hipótesis de que las lagunas en nuestra comprensión de la biología fundamental detrás de este fenómeno han obstaculizado el desarrollo de tratamientos más eficaces.
Sin embargo, obtener respuestas resultó ser un trabajo lento y minucioso. La becaria postdoctoral de la Facultad de Medicina Christin (Eun Seon) Chung, una de las primeras autoras del artículo, pasó tres años en una instalación especializada equipada para controlar patógenos de alto riesgo observando cómo se comportan las células de la tuberculosis individual. Dado que las bacterias de la tuberculosis se duplican aproximadamente cada 24 horas (en comparación con los 20 minutos de varias especies bacterianas modelo), el equipo de Aldridge tuvo que desarrollar e implementar nuevos métodos de microscopía para filmar el microbio durante períodos de una semana. Chung analizó las imágenes y rastreó manualmente cada bacteria de la tuberculosis y su progenie, porque también son notoriamente pequeñas y propensas a moverse, por lo que no se pudo utilizar el análisis automatizado.
Estos experimentos demostraron que las bacterias de la tuberculosis no siguen los patrones de crecimiento celular esperados. En otras especies bacterianas, el crecimiento es exponencial, lo que significa que las células crecen más lentamente cuando son más pequeñas. Para las bacterias de la tuberculosis, las tasas de crecimiento pueden ser las mismas ya sean recién nacidas (y pequeñas) o en una etapa avanzada de su ciclo celular y a punto de dividirse.
Este es el primer organismo reportado capaz de hacer esto. El comportamiento de la tuberculosis desafía la biología bacteriana básica porque se cree que los ribosomas, que son sitios de síntesis de proteínas en la célula, determinan las tasas de crecimiento celular, pero nuestro trabajo sugiere que algo más podría ocurrir en la bacteria de la tuberculosis, lo que plantea nuevas preguntas sobre su crecimiento. control. »
Christin (Eun Seon) Chung, becaria postdoctoral, Facultad de Medicina, Universidad de Tufts
Además de informar que existe una amplia variación en los comportamientos de crecimiento entre las células bacterianas individuales, el equipo descubrió otro nuevo comportamiento de crecimiento de las bacterias de la tuberculosis: también pueden comenzar a crecer desde uno u otro extremo después de su nacimiento. Esto fue inesperado ya que las bacterias relacionadas solo comienzan a crecer desde el extremo opuesto de donde pellizcaron a su célula madre durante la división.
En conjunto, las observaciones revelan que los microbios de la tuberculosis utilizan estrategias alternativas para aumentar la variabilidad entre su descendencia, desafiando suposiciones anteriores basadas en organismos modelo más uniformes y de crecimiento más rápido. Aldridge dice que el estudio ayudará a su laboratorio y a otros equipos de investigación a comprender y explotar mejor estos mecanismos con fines terapéuticos.
“Gran parte de la investigación básica en microbiología se realiza en organismos modelo de rápido crecimiento, y aunque son modelos por una razón, eso no los convierte en representantes de otros tipos de bacterias”, dijo Aldridge. “Existe una enorme diversidad de vida que no estudiamos a un nivel fundamental y este trabajo demuestra por qué necesitamos estudiar los patógenos mismos. »
Prathitha Kar de la Universidad de Harvard, el otro coautor del artículo, y Maliwan Kamkaew, ex miembro de la Facultad de Medicina de la Universidad de Tufts, también contribuyeron al trabajo.
