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Hasta ahora, claro. Lorenzo Talà, estudiante de doctorado del laboratorio de Alexandre Persat en los Institutos de Bioingeniería y Salud Global de la EPFL, ha desarrollado un método de microscopía que permite observar directamente las estructuras que muchas bacterias utilizan para arrastrarse.
«Las superficies de las bacterias están decoradas con filamentos proteicos que intervienen en la motilidad, la adhesión, la señalización y la patogenicidad, y que, en última instancia, rigen la forma en que las bacterias interactúan con su entorno», afirma Talà. «Sin embargo, son tan pequeños que observarlos en células vivas es extremadamente complejo. Así que nos queda poco conocimiento de sus actividades dinámicas».
Esto es especialmente cierto en el caso de las estructuras conocidas como «pili de tipo IV»: filamentos de tamaño nanométrico que se extienden y retraen de la superficie de muchas bacterias, ayudándolas a caminar de una forma conocida como «motilidad espasmódica». El término puede no sonar muy serio, pero activa mecánicamente la virulencia en ciertos patógenos, lo que significa que es un objetivo principal para combatirlos.
Los científicos estudiaron la bacteria Pseudomonas aeruginosa, un patógeno oportunista que se encuentra habitualmente en el suelo. Se trata de una de las bacterias más preocupantes desde el punto de vista médico: es una de las principales causas de infecciones hospitalarias y de infecciones graves en casos de fibrosis quística, quemaduras traumáticas y pacientes inmunodeprimidos, y actualmente ocupa el primer puesto en la lista de vigilancia de resistencia a los antibióticos de la Organización Mundial de la Salud.
¿Pero las bacterias individuales orquestan el movimiento de los pili de tipo IV para impulsar su motilidad? «En nuestros estudios sobre los pili de tipo IV y la mecanoactivación de la virulencia en Pseudomonas aeruginosa, una paradoja técnica ha sido una fuente de frustración: los pili, pero también las fimbrias, los flagelos y los sistemas de inyección se extienden permanentemente fuera de las células individuales, así que ¿por qué no podemos visualizarlos directamente?»
Para superar esto, los científicos exploraron un método de microscopía emergente del que fue pionero su colaborador Philipp Kukura en la Universidad de Oxford. Mediante una técnica denominada microscopía de dispersión interferométrica (iSCAT), pudieron ver estos filamentos de tamaño nanométrico en células vivas, sin etiquetas químicas, a gran velocidad y en tres dimensiones.
«iSCAT representa un gran avance tecnológico en microbiología», afirma Persat. «Recientemente describimos la técnica de visualización y recibimos una amplia retroalimentación positiva entre los científicos de una variedad de disciplinas, simplemente porque finalmente pudimos observar dinámicamente los pili en bacterias vivas directamente fuera del cultivo».
Para entender la coordinación de los movimientos de los pili de tipo IV, los científicos se centraron en cronometrar con precisión la sucesión de la adhesión a la superficie, la retracción y los desplazamientos del cuerpo celular utilizando iSCAT. El enfoque reveló tres eventos clave que conducen a un movimiento exitoso y energéticamente eficiente a través de las superficies.
En primer lugar, el contacto de la punta del pili con la superficie activa un motor molecular que inicia la retracción. En segundo lugar, esta retracción mejora la fijación del pilus a la superficie, aumentando el desplazamiento de la bacteria. Por último, un segundo motor molecular más potente refuerza el desplazamiento de la bacteria en caso de alta fricción.
Esta secuencia muestra que los pili actúan como sensores y revela un nuevo mecanismo por el que las bacterias interactúan con las superficies. También revela que las bacterias utilizan mecanismos sensoriales para coordinar el movimiento dinámico de sus maquinarias de motilidad, en una sorprendente analogía con la forma en que los organismos superiores, incluidos los humanos, mueven sus extremidades para generar desplazamiento.
«El sistema nervioso central humano procesa las señales mecanosensoriales para activar secuencialmente los componentes motores, desencadenando así la contracción muscular y dando lugar a la marcha», explica Talà. «Nuestro trabajo demuestra que, del mismo modo, las bacterias utilizan el sentido del tacto para activar secuencialmente los motores moleculares, generando ciclos de extensión y retracción de los pili que dan lugar a un patrón de marcha.»