Este trabajo ofrece nuevas herramientas para estudiar las interacciones entre bacterias y superficies, y contribuye al diseño de nuevos materiales que influyan en el comportamiento bacteriano
En entornos naturales, las bacterias rara vez viven como células que nadan libremente, sino que se adhieren a superficies en forma de biopelículas (biofilms en inglés) en dispositivos médicos, teléfonos móviles o tejidos humanos. El comportamiento de las bacterias, cómo se adhieren y crecen, se agrupan o excretan compuestos que aglutinan la biopelícula, está influenciado por su interacción mecánica con la superficie. Comprender las interacciones entre las bacterias y la superficie es esencial para abordar la formación de biopelículas, desarrollar materiales antibacterianos y avanzar en las tecnologías con biosensores. Sin embargo, los mecanismos biofísicos subyacentes siguen sin estar muy estudiados; la forma en que las bacterias "sienten" y responden a las superficies puede tener un profundo efecto en su fisiología.
Un grupo de investigadores dirigidos por la Dra. Cristina Flors, líder del grupo de Nanoscopía de Fluorescencia en IMDEA Nanociencia, ha desarrollado un nuevo método para visualizar y cuantificar la tensión mecánica que experimentan las membranas bacterianas al entrar en contacto con superficies. Mediante el uso de microscopía de tiempo de vida de fluorescencia (FLIM, por sus siglas en inglés) y una molécula fluorescente mecanosensible conocida como Flipper-TR, el equipo puede medir variaciones sutiles en la tensión de la membrana en bacterias vivas que interactúan con diferentes materiales. Este innovador método proporciona acceso a las fuerzas físicas que actúan en la interfaz bacteriana.
Flipper-TR® es un marcador fluorescente sensible, disponible comercialmente, que se dirige específicamente a la membrana de las células y cuyo tiempo de vida de fluorescencia informa sobre los cambios de tensión de dicha membrana. El marcador está compuesto por dos subunidades moleculares, dos grupos ditiotiofeno, que se aplanan bajo compresión dentro de la membrana bacteriana y se retuercen fuera del plano cuando se libera la tensión, lo que da lugar a cambios en su tiempo de vida de fluorescencia. Flipper-TR se ha utilizado principalmente en células de mamíferos y hasta ahora se había usado poco en bacterias debido a ciertas dificultades experimentales. Ahora, el equipo de IMDEA Nanociencia demuestra que este marcador sensible es adecuado para sistemas bacterianos modelo. Además, demuestran que es lo suficientemente sensible como para discriminar el contacto bacteriano con superficies con diferentes propiedades adhesivas y topológicas.
El estudio demuestra que Flipper-TR tiñe con éxito tanto bacterias Gram-positivas como Gram-negativas y puede distinguir con sensibilidad cómo responden sus membranas a diversas superficies y nanoestructuras. Las diferencias en la duración de la fluorescencia revelan distintos mecanismos de adhesión e incluso detectan el estiramiento de la membrana cuando las bacterias se colocan sobre sustratos nanoestructurados y mecano-bactericidas. Estos hallazgos pioneros abren el camino para comprender cómo las señales mecánicas influyen en la fisiología bacteriana y ofrecen principios de diseño para crear materiales biointeractivos, que prevengan o promuevan la adhesión bacteriana, y que podrían potencialmente aplicarse en la atención sanitaria, la biotecnología y la ciencia de los materiales.
La investigación, publicada en la revista Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), representa una colaboración entre el Instituto de Madrid de Estudios Avanzados en Nanociencia (IMDEA Nanociencia), el Centro de Biología Molecular Severo Ochoa (CBMSO, CSIC-UAM), el Instituto Universitario de Biología Molecular (IUBM, UAM) y el Centro Nacional de Biotecnología (CNB-CSIC). Ha sido financiada en parte por la acreditación de Excelencia Severo Ochoa concedida a IMDEA Nanociencia (CEX2020-001039-S).
Referencia bibliográfica:
M.C. Gonzalez-Garcia, D. Ballesteros, J.J. Hernández, M. Pazos, I. Rodríguez, J. Requejo-Isidro, & C. Flors. Exploring bacteria–surface interactions with a fluorescent membrane tension probe, Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 122 (42) e2512977122, (2025). DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.2512977122
