Una de las primeras cosas que aprendes en bacteriología es que las bacterias vienen en diferentes formas. Es cierto que no hay una gran variedad de formas, pero las formas principales son esféricas, en forma de varilla o en espiral. Las bacterias esféricas tienen sentido, ya que una esfera es una forma bastante simple para crecer y las cadenas o colonias de bacterias les permiten propagarse a su entorno. Del mismo modo, una varilla es una buena forma para las bacterias que se mueven mucho, dándoles más propulsión a través de espacios llenos de gente (y cuando eres lo suficientemente pequeño como para estar en la misma escala que las moléculas grandes, cada espacio está lleno).

Pero ¿por qué espirales? ¿Qué beneficios obtienen las bacterias al tener la forma de un sacacorchos?

Por lo tanto, estaba muy emocionado de ver dos artículos recientes en PLoS Pathogens que abordaban este tema. Una se refería a la bacteria campylobacter jejuni (que causa diarrea inducida por bacterias) y otra a helicobacter pylori (la bacteria que causa úlceras estomacales, sobre la que he escrito anteriormente). En ambos casos, la forma helicoidal puede ser destruida por golpes de gen bastante simples, y en ambas bacterias, la pérdida de la forma helicoidal resultó en una disminución de la virulencia y la capacidad de las bacterias para funcionar dentro de un cuerpo.

A partir de entonces con c. jejuni, a la que tengo debilidad porque trabajé con él cuando estudiaba bacteriófagos.

En primer lugar, cómo eliminar la forma espiral de las bacterias. Los investigadores de la referencia 1 encontraron un gen, al que llamaron pgp1 (peptidoglicano peptidasa 1), que cuando se elimina convierte a la bacteria de una pequeña espiral ordenada en una forma de varilla aburrida. Como su nombre indica, la pgp1 actúa sobre el peptidoglicano, que es un componente importante de la pared celular bacteriana. Cuando se eliminan, las bacterias en forma de bastoncillo resultantes son tres veces peores para colonizar pollitos (C. jejuni también es una de las principales causas de enfermedades en pollos) y también son malas para formar biopelículas y, en general, para moverse. La Figura 1 de la referencia tiene algunas imágenes excelentes de las bacterias espirales y los mutantes en forma de bastoncillo sad.

No hubo diferencias entre los mutantes normales c. jejuni y pgp1 en lo que respecta al crecimiento, la supervivencia al estrés o la vida general con agar nutritivo; la forma espiral solo parece tener un efecto en factores importantes para la virulencia y la supervivencia dentro de un cuerpo. Los investigadores también crearon mutantes que sobreexpresaron la pgp1 y descubrieron que esto también tenía un efecto enderezador en las células (de nuevo, hermosas imágenes de bacterias en la figura 3). Cuando tomaron el gen pgp1 y lo colocaron en una bacteria con forma de bastoncillo (E. coli), no hubo ningún cambio en la forma. El efecto de sacacorchos que produce el pgp1 solo está presente cuando el gen está en C. jejuni y se expresa en los niveles correctos, lo cual es una lástima porque E. coli en forma de espiral sería genial.

Por lo tanto, la forma espiral de C. jejuni parece estar controlada por un gen principal (probablemente con la ayuda de algunos otros) y es importante para la patogenicidad. ¿Y H. Pylori?

En h. pylori la historia es ligeramente diferente. Investigaciones previas en bacterias que habían perdido su giro helicoidal (aunque todavía mantenían una forma ligeramente curvada, sostengan ese pensamiento) no mostraron diferencias en el movimiento o la motilidad de la natación. Los H. pylori viven en el revestimiento mucoso del estómago, y se pensó que la forma helicoidal lo empujaría a través de este material viscoso más fácilmente. Las bacterias menos retorcidas aún mostraban una diferencia en la colonización: las bacterias de tipo salvaje retorcidas tenían muchas más probabilidades de colonizar el revestimiento del estómago que los mutantes más rectos.

En la referencia 2, encontraron un nuevo gen (csd4) involucrado en la forma curva de la bacteria, que los mutantes originales no retorcidos aún mantenían. Resulta que si eliminamos este gen de los mutantes no retorcidos, las bacterias pierden todos los rastros de curvatura o torsión y el movimiento a través de soluciones viscosas que imitan el revestimiento del estómago es mucho más difícil. A diferencia de C. jejuni, los H. pylori tienen dos mecanismos genéticos que causan la forma helicoidal. Un gen que causa el giro helicoidal al entrecruzar bits de la pared celular y otro (el csd4 identificado en la referencia 2) que induce de forma independiente la curvatura de la célula. Estos dos mecanismos también parecen ser completamente independientes, y ambos contribuyen a aumentar la torsión de la célula.

Así, mientras que C. jejuni tiene un gen único responsable de la forma espiral y el aumento de la virulencia, H. pylori tiene dos. Puede haber razones ambientales para ello (C. jejuni puede sobrevivir en una gama más grande de huéspedes) sin embargo, como son bacterias bastante no relacionadas, puede ser que la forma helicoidal haya existido durante más tiempo en H. pylori, que ha recogido más de un mecanismo para producirla (y si alguien está al tanto de más razones, envíeme un correo electrónico y hágamelo saber!). Lo que está claro es que las bacterias tienen razones muy firmes para ser las formas que son, y esas formas no se limitan únicamente a manchas esféricas.

Enlace de crédito para la imagen 1 (formas bacterianas)

Enlace de crédito para la imagen 2 (campylobacter)

Enlace de crédito para la imagen 3 (helicobacter)

Referencia 1: Frirdich E, Biboy J, Adams C, Lee J, Ellermeier J, Gielda LD, Dirita VJ, Girardin SE, Vollmer W, & Gaynor EC (2012). La enzima modificadora de peptidoglicanos Pgp1 es necesaria para la forma de las células helicoidales y los rasgos de patogenicidad en Campylobacter jejuni. Patógenos PLoS, 8 (3) PMID: 22457624