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Elementos comunes entre la comunicación de las bacterias y la de las neuronas

Un hallazgo de científicos de la UPF arroja luz sobre ciertos desórdenes neuronales


Nuestro sistema nervioso funciona gracias a la comunicación existente entre las neuronas que lo componen. Científicos de la UPF de Barcelona y de la UCSD de EEUU han descubierto que esta comunicación tiene elementos comunes con la comunicación bacteriana, un hallazgo que podría ayudar a entender ciertos desórdenes neuronales, como las auras, que son ondas de actividad eléctrica anormal que se producen en el cerebro de personas con epilepsia y migrañas.





Biofilm bacteriano teñido con marcador de potencial de acción azul. Fuente: UPF.
Biofilm bacteriano teñido con marcador de potencial de acción azul. Fuente: UPF.
El sistema nervioso (red de tejidos del cuerpo cuya unidad básica son las neuronas) es uno de los principales activos de nuestro cuerpo. Nuestros pensamientos, nuestra inteligencia, la manera en la que percibimos el mundo a través de nuestros sentidos y cómo actuamos sobre él a través de nuestros músculos, dependen de la comunicación eléctrica entre las células nerviosas que lo componen.

Cada milésima de segundo, grandes cantidades de átomos cargados (iones) entran y salen de nuestras neuronas dando lugar a pequeñas corrientes eléctricas cuya propagación permite que distintas partes de nuestro cuerpo (en particular en nuestro cerebro) se comuniquen de forma muy eficiente.

Pero, ¿cómo surgió esta forma de comunicación celular? Hasta el momento sólo se había observado comunicación eléctrica en células relativamente complejas, empezando por los paramecios.

Pero una investigación liderada por Jordi García Ojalvo, director del laboratorio de Dinámica de Sistemas Biológicos del Departamento de Ciencias Experimentales y de la Salud (DCEXS) de la Universidad Pompeu Fabra de Barcelona (UPF), en estrecha colaboración con Gürol Süel, Profesor Asociado en el Departamento de Biología Molecular de la Universidad de California San Diego (UCSD), EEUU, demuestra que células tan simples como las bacterias usan señales eléctricas para comunicarse entre sí.

LosGürol M. Süel y Jordi García Ojalvo. Fuente: UPF.
LosGürol M. Süel y Jordi García Ojalvo. Fuente: UPF.
Relación entre bacterias y desórdenes neuronales

Desde hace años, se sabe que las bacterias tienen canales iónicos, estructuras que permiten a los iones entrar y salir de las células. De hecho, estas estructuras han sido cruciales para ayudar a los científicos a entender cómo son los canales iónicos de las neuronas de nuestro cerebro.

Pero, hasta el momento, el uso que dichos canales tenían en bacterias era un auténtico misterio. La investigación de García Ojalvo y Süel ha revelado que las bacterias usan los canales iónicos para comunicarse entre sí cuando se encuentran en dificultades debido, por ejemplo, a la falta de nutrientes.

Esto pasa frecuentemente en biofilms bacterianos, colonias celulares en las que conviven millones de bacterias cuando éstas se ven en condiciones adversas. Estas comunidades ayudan a las bacterias a sobrevivir mejor y pueden llegar a constituir un problema clínico y medioambiental para los seres humanos debido a su extrema resistencia a antibióticos y otros agentes desinfectantes.

En los biofilms bacterianos, las bacterias del interior se encuentran en una situación de gran estrés debido a la falta de nutrientes. Este estudio, que se publicará online en Nature el 21 de octubre, pone de manifiesto que estas bacterias envían señales eléctricas a las bacterias de la periferia del biofilm, menos estresadas, para que las ayuden a sobrevivir dejando pasar más nutrientes. La principal moneda de cambio de esta interacción entre las células es el glutamato y el ión asociado es el potasio.

Curiosamente, el glutamato y el potasio juegan también un papel muy importante en desórdenes neuronales como las auras, ondas de actividad eléctrica anormal que se producen en el cerebro de personas con epilepsia y migrañas. Es por tanto de esperar que el fenómeno descubierto ahora en bacterias pueda ser el precursor de dichos comportamientos patológicos en el cerebro humano.

Referencia bibliográfica:
Arthur Prindle, Jintao Liu, Munehiro Asally, San Ly, Jordi Garcia-Ojalvo & Gürol M. Süel. Ion channels enable electrical communication within bacterial communities. Nature (2015). DOI: 10.1038/nature15709.


Jueves, 22 de Octubre 2015
UPF/T21
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