Descubierto el posible talón de Aquiles de las bacterias que permitirá acabar con ellas

El año 1884, mientras realizaba un viaje por Berlín, el bacteriólogo Hans Christian Gram se encontraba experimentando con diferentes disolventes y alcoholes para poder distinguir las bacterias causantes de neumonía que tenía en un pequeño portaobjetos de su microscopio. Tras diferentes pruebas, notó que, si añadía primero violeta de genciana, después lugol y luego limpiaba con alcohol la muestra, algunas bacterias se teñían de violeta mientras que otras quedaban sin colorear. Acababa de conseguir un método para distinguir entre dos bacterias diferentes y como, probablemente, no se le ocurrió un nombre mejor, llamó a la técnica “Tinción de Gram”. A partir de aquel momento, las bacterias coloreadas serían Gram+ y las no coloreadas Gram-.

Bacterias en dos colores

Esta tinción se sigue utilizando en algunas ocasiones, aunque se ha ido sustituyendo por técnicas más modernas para suplir sus carencias. Entre los problemas que encontramos destaca que, si se dan ciertas condiciones en el medio, las bacterias Gram+ pueden ser clasificadas como Gram- o al revés. Además, existen algunos tipos de bacterias en los que no actúan los tintes. Actualmente sabemos que lo que permite la tinción diferencial de las bacterias es la presencia o no de una pared celular de mureína, unpeptidoglicano formado por aminoácidos y azúcares que le ofrece protección a la bacteria. Las bacterias Gram+ sí que disponen de esta capa, mientras que las Gram- disponen de una membrana interna y una capa delgada de peptidoglicano recubierta por una membrana lipídica externa.

Derribando paredes

Un artículo publicado el día 15 de junio en Nature ha permitido entender mejor cómo las bacterias Gram- crean la compleja estructura tricapa que las separa del exterior. El estudio, realizado por el profesor Waldemar Vollmer y el Dr. Federico Corona en la Universidad de Newcastle, junto con el profesor Colin Kleanthous y el Dr. Gideon Mamou en el Departamento de Bioquímica de la Universidad de Oxford ha demostrado que la pequeña pared celular que se encuentra entre las dos membranas es clave para coordinar la construcción de la membrana externa gracias a una proteína denominada BamA en Escherichia coli, una bacteria muy utilizada en el laboratorio.

El profesor Vollmer, del Centro de Biología Celular Bacteriana del Instituto de Biociencias de la Universidad de Newcastle, explica: “Las bacterias son diminutas, pero tienen una presión interna similar a la de los neumáticos de un coche. Por ello disponen de una una fuerte pared celular que soporta esta presión y evita que estallen, pero a la vez les permite crecer y dividirse. Lo que hemos revelado en este estudio es cómo, a medida que crecen, el proceso de expansión de la pared está vinculado al de la membrana externa que hay más allá”.

Una proteína que controla el proceso

La proteína BamA se encuentra en la membrana externa y es la responsable de añadirle a esta los componentes que le aportan su capacidad de relacionarse con el medio. Su actividad está fuertemente mediada por la pared celular de peptidoglicano que se encuentra en su interior y estos investigadores han descubierto que en las zonas donde la pared es más “vieja” no puede actuar correctamente, sin embargo, sí que puede hacer su función en zonas donde la pared ha sido creada más recientemente.

En palabras del profesor Kleanthous, de Oxford: “Nunca sospechamos que las bacterias Gram negativas dependieran tanto de la pared celular para coordinar el crecimiento de la membrana externa. La interrupción de este intercambio de información “dejaría las puertas abiertas” de las bacterias Gram negativas, haciéndolas vulnerables a los antibióticos que, de otro modo, son la membrana externa es capaz de excluir”.

Atacando a la bacteria envejecida

Para averiguar en qué zonas el peptidoglicano es más reciente y en cuáles más antiguo, los científicos han estudiado la dinámica de la pared a lo largo de la vida de la bacteria y han descubierto que se crea en el ecuador de la misma y de ahí se extiende hasta las zonas apicales, es decir, en los extremos de la bacteria. Gracias a este descubrimiento podemos comprender mejor el mecanismo de división y expansión de las bacterias y, sobre todo, aprender cómo evitar que esto suceda.

Si se evita la creación de esta pared, la bacteria no puede crecer ni expandirse, lo que evitaría contaminaciones en laboratorios, alimentos e incluso pacientes. Y es que entre las bacterias Gram- encontramos algunas que son resistentes a todos los antibióticos que conocemos en la actualidad, y han sido consideradas una de las 10 mayores amenazas actuales por la Organización Mundial de la Salud. Por este motivo, entender este mecanismo y desarrollar antibióticos lo impidan permitirá deshacerse de ellas y evitar que supongan una amenaza tanto para procesos de la industria como para la salud.

QUE NO TE LA CUELEN

• La tinción de Gram que se utiliza en la actualidad tiene los siguientes pasos:

• Fijación de las bacterias en el portaobjetos del microscopio por calor o métodos químicos
• Adición de violeta de genciana durante un minuto, para que este colorante catiónico entre en el interior de la bacteria
• Adición del lugol, cuyo yodo reaccionará con el violeta de genciana para formar un compuesto insoluble
• Lavado con alcohol-acetona, que solubiliza el compuesto de yodo y violeta de genciana que se ha formado. En las bacterias gram+, la pared impide que el compuesto salga del interior, pero en el caso de las gram-, al no tener una pared tan gruesa, pierden el color y por eso quedan trasparentes.
• Por último se suele añadir safranina, un compuesto rojo que tiñe a las bacterias gram- para que se vean mejor. Algunas bacterias no se colorean con la safranina y, por tanto, no se consideran gram-, si no gram indeterminadas

• Mediante técnicas genéticas podemos distinguir la bacteria que esté causando la contaminación o la infección de forma mucho más precisa y tratarla más específicamente, pero la tinción de Gram es una prueba discriminatoria rápida y sencilla para un primer acercamiento.

REFERENCIAS (MLA)

• Mamou, G., Corona, F., Cohen-Khait, R. et al. Peptidoglycan maturation controls outer membrane protein assembly. Nature (2022). https://doi.org/10.1038/s41586-022-04834-7