Bonnie Bassler habla sobre cómo se comunican las bacterias

Bonnie Bassler, bióloga molecular y profesora en la Universidad de Princeton, dio una plática TED sobre la forma en que se comunican las bacterias. Se pueden activar los subtítulos en español o imprimir esta transcripción:

Las bacterias son los organismos vivos más antiguos de la Tierra.
Han estado ahí por millones de años y son organismos microscópicos unicelulares.
Entonces son sólo una célula y tienen esta propiedad especial, que sólo tienen una pieza de ADN.
Tiene muy pocos genes, y la información genética para codificar todas las cosas que hacen.
La forma en la que las bacterias se ganan la vida es consumiendo nutrientes del medio ambiente, para crecer el doble de su tamaño, partirse a si mismas por la mitad, y una célula se convierte en dos, y así sucesivamente, una y otra vez.
Sólo crecen y se dividen, y crecen y se dividen –una vida más o menos aburrida, salvo que lo que yo diría es que usted tiene una increíble interacción con estas criaturas.
Sé que ustedes piensan en sí mismos como humanos, y más o menos así es como yo pienso en ustedes.
Se supone que este hombre representa a un ser humano genérico, y todos los círculos en este hombre son todas las células que componen su cuerpo.
Hay aproximadamente un billón de células humanas que hacen que cada uno de nosotros sea quien es, y que nos permiten poder hacer todas las cosas que hacemos, pero usted tiene 10 billones de células bacterianas en usted o sobre usted en cualquier momento de su vida.
Así, hay 10 veces más células bacterianas que células humanas en un ser humano.
Y, por supuesto, es el ADN el que cuenta, así que aquí están todas las A, T, G y C que constituyen su código genético, y le dan todas sus encantadoras características.
Usted tiene unos 30.000 genes.
Pues resulta que tiene 100 veces más genes de bacterias desempeñando un papel en usted o dentro de usted a lo largo de su vida.
En el mejor de los casos, usted es humano en un 10 por ciento, pero es más probable que sea humano en un uno por ciento, aproximadamente, dependiendo de cuál de estos parámetros prefiere.
Sé que piensan en ustedes como seres humanos, pero yo pienso en ustedes como bacterias en un 90 o 99 por ciento.
Estas bacterias no son jinetes pasivos, son increíblemente importantes, nos mantienen vivos.
Nos cubren con una armadura invisible que mantienen a las amenazas del medio ambiente fuera de manera que estamos saludables.
Ellas digieren nuestra comida, fabrican nuestras vitaminas, y en realidad educan a su sistema inmunológico para mantener a los microbios malos fuera.
Así que hacen todas estas cosas sorprendentes que nos ayudan y son vitales para mantenernos con vida, y que nunca reciben crédito por ello.
Pero consiguen un montón de créditos, ya que hacen un montón de cosas terribles también.
Así hay todo tipo de bacterias en la Tierra que no tienen nada que hacer en usted o dentro de usted en ningún momento, y si están allí, lo ponen increíblemente enfermo.
Y así, la pregunta para mi laboratorio no es si quiere pensar en todas las cosas buenas quehacer las bacterias, o en todas las cosas malas que hacen.
La pregunta que tenemos es ¿cómo logran hacer algunas cosas?
Quiero decir, son tan increíblemente pequeñas que se necesita un microscopio para ver una.
Viven este tipo de vida aburrida, donde crecen y se dividen, y siempre han sido consideradas como organismos asociales y solitarios.
Y así, nos pareció que simplemente son demasiados pequeñas para tener un impacto sobre su medio ambiente si actuaran apenas como individuos.
Entonces empezamos a pensar si no podría haber una forma diferente en la que las bacterias viven.
La clave para esto vino de otra bacteria marina, una bacteria llamada Vibrio fischeri.
Lo que estas viendo en esta diapositiva es sólo una persona de mi laboratorio sosteniendo un frasco con un cultivo líquido de una bacteria, una bacteria inocua y hermosa que proviene del océano, llamada Vibrio fischeri.
Esta bacteria tiene como propiedad especial, que emite luz, así que genera bioluminiscencia, así como las luciérnagas generan luz.
No estamos haciendo nada a las células aquí.
Simplemente tomamos esta foto apagando las luces de la sala, y esto es lo que vemos.
Lo que fue realmente interesante para nosotros no fue que la bacteria emitiera luz, sino cuándo la emitía.
Lo que observamos es que cuando las bacterias están solas, como cuando se encontraban en una suspensión diluida, no había luz.
Pero cuando crecían hasta un cierto número de células todas las bacterias encendían su luz al mismo tiempo.
La pregunta que teníamos era, ¿cómo pueden las bacterias, estos organismos primitivos, diferenciar entre el momento en el que estaban solas, y el momento en el que estaban en una comunidad, y luego hacer algo todas juntas?
Lo que hemos averiguado es que la forma en que lo hacen es hablando entre sí, y hablan con un idioma químico.
Se supone que esto es mi célula bacteriana.
Cuando esta sola no genera ningún tipo de luz.
Pero, lo que si hace es crear y secretar moléculas pequeñas en las que se puede pensar como si fueran hormonas, y estos son los triángulos de color rojo, y cuando la bacteria esta sola, las moléculas flotan y no hay luz.
Pero cuando las bacterias crecen y se duplican y todas están participando en la generación de estas moléculas, la molécula –la porción extracelular de esa molécula aumenta en proporción al número de células.
Y cuando la molécula llega a una cierta cantidad que le dice a las bacterias cuántas vecinas hay, ellas reconocen esa molécula y todas las bacterias generan luz en sincronía.
Así es como funciona la bioluminiscencia – ellas están hablando con estas palabras químicas.
La razón por la que Vibrio fischeri está haciendo esto proviene de la biología.
De nuevo, otro reconocimiento para los animales en el océano, Vibrio fischeri viven este calamar.
Lo que estas viendo es el calamar hawaiano de rabo corto, y esta girando de espaldas, y lo que espero que puedan ver son estos dos lóbulos brillantes que son la casa de estas células de Vibrio fischeri, viven allí, un gran número de células la molécula está allí, y están generando luz.
La razón por la que el calamar está dispuesto a aguantar a estos pequeños vándalos es porque quieren esa luz.
La forma que funciona esta simbiosis es que este pequeño calamar vive justo en frente de la costa de Hawai, en aguas poco profundas.
El calamar es nocturno, por lo que durante el día se entierra en la arena y duerme, pero luego por la noche tiene que salir a cazar.
En noches brillantes cuando hay mucha luz de la luna o de las estrellas esa luz puede penetrar la profundidad del agua en la que el calamar vive, dado que son apenas un par de pies de agua.
Lo que el calmar ha desarrollado es un obturador que puede abrir y cerrar sobre este órgano especializado de luz que sirve de vivienda a las bacterias.
Entonces tienen detectores en la espalda por lo que pueden percibir la cantidad de luz de las estrellas o de la luna que golpea su espalda.
Así que abren y cierran el obturador de modo que la cantidad de luz que sale de la parte inferior – la cual es producida por la bacteria– coincide exactamente con la cantidad de luz que choca con la espalda del calamar, de modo que el calamar no tiene una sombra.
De hecho, utiliza la luz de las bacterias para contra-iluminarse a sí mismo en un dispositivo de lucha contra los depredadores de forma que estos no pueden ver su sombra, calcular su trayectoria y comérselo.
Es como el bombardero Stealth del océano.
Pero, entonces, si lo piensan, el calamar tiene un terrible problema porque tiene este cultivo espeso y moribundo de bacterias y no puede mantener eso.
Así que lo que ocurre es que cada mañana cuando sale el sol el calamar vuelve a dormir, se entierra en la arena, y tiene una bomba que está ligada a su ritmo circadiano, y cuando sale el sol, bombea alrededor del 95 por ciento de las bacterias.
Ahora que las bacterias están diluidas, la pequeña molécula de la hormona se ha ido, así que no está generando luz – pero, por supuesto, al calamar no le importa, está dormido en la arena.
Y a medida que pasa el día las bacterias se duplican, liberan la molécula y, a continuación, la luz se enciende por la noche, exactamente cuando el calamar quiere.
Primero descubrimos cómo hacían las bacterias esto, pero luego trajimos las herramientas de la biología molecular al asunto para saber realmente cuál es el mecanismo.
Y lo que hemos encontrado –así que aquí está, de nuevo, lo que se supone que es mi célula bacteriana– es que Vibrio fischeri  tiene una proteína – esa es la caja roja – es una enzima que crea esa pequeña molécula de hormona – el triángulo rojo.
T luego a medida que las células crecen, todas están liberando esa molécula en el medio ambiente, por lo que existe gran cantidad de moléculas allí.
Y las bacterias también tienen un receptor en su superficie celular que se adapta con las moléculas como una llave y una cerradura.
Estos son como los receptores en la superficie de sus células.
Cuando la molécula se incrementa hasta una cierta cantidad –lo que dice algo sobre e número de células– Se encaja en ese receptor y la información entra en las células que les dice que enciendan este comportamiento colectivo de generar luz.
Esto es interesante porque en la última década hemos descubierto que no se trata sólo de una anomalía de esta ridícula bacteria brilla-en-la-oscuridad que vive en el océano –todas las bacterias tiene sistemas como este.
Así que ahora lo que entendemos es que todas las bacterias pueden hablar entre si.
Ellas fabrican palabras químicas, reconocen esas palabras y activan comportamientos de grupo que solo son exitosos cuando todas las células participan al unísono.
Tenemos un nombre elegante para esto, lo llamamos detección de quórum.
Votan con estos votos químicos, los votos son contados, y luego todo el mundo responde a la votación.
Lo que es importante para la charla de hoy es que sabemos que hay cientos de comportamientos que las bacterias llevan a cabo e este estilo colectivo.
Pero, es que es probablemente más importante para ustedes es la virulencia.
No es que un par de bacterias entren en usted y empiezan a secretar toxinas – usted es enorme, eso no tendría ningún efecto en usted.
Lo que hacen, ahora sabemos, es entrar en usted, esperar, comenzar a crecer, contarse a sí mismas con esas pequeñas moléculas, y reconocer cuando han llegado al número correcto de células, de forma que si todas las bacterias lanzan junta su ataque virulento, tengan éxito en vencer a un anfitrión enorme.
Las bacterias siempre controlan su patogenicidad con detección de quórum.
Así es como funciona.
También exploramos, entonces, lo que son estas moléculas –estos eran los triángulos rojos en mis diapositivas de antes.
Esta es la molécula de Vibrio fischeri.
Esta es la palabra con la que hablan.
Entonces empezamos a observar otras bacterias y esta es solo una muestra de las moléculas que hemos descubierto.
Lo que yo espero que puedan ver es que las moléculas están relacionadas.
La parte izquierda de la molécula es idéntica en cada una de las especies de bacterias.
Pero la parte derecha de la molécula es un poco diferente en cada especie.
Lo que esto hace es dar exquisitas características por especie a estos idiomas.
Cada molécula encaja en los receptores de su socio y no otro.
Así que estas son conversaciones privadas, secretas.
Estas conversaciones son para comunicación entre miembros de la misma especie.
Cada bacteria utiliza una molécula particular que es su idioma, que le permite contar a sus propios hermanos.
Una vez que llegamos tan lejos, pensamos que estábamos empezando a comprender que estas bacterias tienen conductas sociales.
Pero en lo que realmente estábamos pensando es que la mayor parte del tiempo las bacterias no viven por sí mismas, viven en increíbles mezclas, con cientos o miles de otras especies de bacterias.
Y esto está representado en esta diapositiva. Esta es su piel.
Esta es sólo una imagen- una micrografía de su piel.
Cualquier parte de su cuerpo, se ve muy parecida a esta, y lo que espero que pueda ver que hay todo tipo de bacterias allí.
Así empezamos a pensar si esto es realmente acerca de la comunicación en las bacterias, y si se trata de contar a sus vecinos, no es suficiente ser capaz de hablar sólo con su propia especie.
Tiene que haber una manera de hacer un censo del resto de las bacterias en la población.
Así que regresamos a la biología molecular y empezamos a estudiar diferentes bacterias, y lo que hemos encontrado ahora es que de hecho, las bacterias son multilingües.
Todas tienen un sistema específico por especie – Tiene una molécula que dice “yo”.
Pero entonces, corriendo en paralelo a ese, hay un segundo sistema que hemos descubierto, que es genérico.
Tienen una segunda enzima que crea una segunda señal y que tiene su propio receptor, y esta molécula es el idioma comercial de las bacterias.
Es utilizada por todas las diferentes bacterias y es la lengua de comunicación entre especies.
Lo que pasa es que las bacterias son capaces de contar cuántos de mí y cuántos de ustedes.
Ellas llevan esa información dentro de sí y deciden qué tareas llevar a cabo dependiendo de quiénes son la minoría y quiénes son la mayoría de cualquier población.
Luego, una vez más nos dirigimos a la química, y descubrimos que es esta molécula genérica –eso eran los óvalos rosados en mi última diapositiva.
Es una pequeña molécula de carbono cinco.
Lo importante es que aprendimos que cada bacera tiene exactamente la misma enzima y fabrica exactamente la misma molécula.
Así que todas están utilizando esta molécula ara la comunicación entre especies.
Este es el esperanto bacterial.
Una vez que llegamos allí, empezamos a aprender que las bacterias pueden hablar entre sí con este idioma químico.
Pero lo que empezamos a pensar es que tal vez hay algo práctico que podemos hacer aquí también.
Les he dicho que todas las bacterias  tienen estos comportamientos sociales, se comunican con estas moléculas.
Por supuesto, también he dicho que una de las cosas importantes que hacen es iniciar patogenicidad utilizando detección de quórum.
Pensamos, ¿qué pasaría si hacemos que estas bacterias no puedan hablar o no puedan escuchar?
¿No podrían estos se nuevos tipos de antibióticos?
Por supuesto, usted ha escuchado y ya sabe que nos estamos quedando sin antibióticos.
Las bacterias son increíblemente resistentes a múltiples drogas en este momento, y eso es debido a todos los antibióticos que utilizamos para matar bacterias,  los que, o bien rompen la membrana bacterial, o hacen que la bacteria no pueda replicar su ADN.
Matamos bacterias con antibióticos tradicionales y eso selecciona a los mutantes resistentes.
Y, por supuesto, ahora tenemos este problema mundial en las enfermedades infecciosas.
Pensamos, que tal si hiciéramos algo como modificaciones de comportamiento, hacer que estas bacterias no puedan hablar, no puedan contar, y no sepan generar virulencia.
Y eso es exactamente lo que hemos hecho y hemos usado dos estrategias.
La primera es que hemos tomado como objetivo el sistema de comunicación entre miembros de cada especie.
Y hemos hecho moléculas que se ven como las moléculas reales –que ustedes vieron— pero son un poco diferentes.
Y así, las moléculas se ajustan a estos receptores, y bloquean el reconocimiento de la molécula real.
Apuntando al sistema de color rojo, lo que podemos hacer es hacer moléculas anti-detección de quórum para una especie específica, o para una enfermedad específica.
Hemos hecho lo mismo con el sistema rosado.
Hemos tomado esa molécula universal y la modificamos un poco así que hemos hecho antagonistas del sistema de comunicación entre especies.
La esperanza es que estos se utilizarán como antibióticos de amplio espectro que funcionan contra todas las bacterias.

Para terminar voy a mostrarles la estrategia.
En esta estoy usando la molécula intra-especie, pero la lógica es exactamente la misma.
Lo que sabemos es que cuando la bacteria entra en el animal, en este caso un ratón, no inicia la virulencia de inmediato.
Entra, empieza a crecer, comienza a secretar sus moléculas de detección de quórum, reconoce cuando tiene suficientes bacterias que ahora van a lanzar su ataque, y el animal muere.
Lo que hemos sido capaces de hacer es generar estas infecciones virulentas, pero las generamos en conjunto con nuestras moléculas anti-detección de quórum – así que estas son moléculas que se parecen a las reales, pero son un poco diferentes, lo que he representado en esta diapositiva.
Lo que sabemos es que si tratamos a los animales con una bacteria patógena –una bacteria patógena resistente a múltiples  drogas— al mismo tiempo que administramos nuestra molécula anti-detección de quórum, de hecho el animal vive.
Pensamos que esta es la próxima generación de antibióticos y que nos va a permitir superar, al menos inicialmente, este gran problema de la resistencia.
Lo que estero que piensen, es que las bacterias pueden hablar entre sí, que pueden utilizar productos químicos como sus palabras, que tiene un léxico químico increíblemente complicado, que solo ahora estamos empezando conocer.
Por supuesto, lo que eso permite a las bacterias es ser multicelulares.
Así, en el espíritu de TED ellas están haciendo cosas juntas porque eso marca diferencia.
Lo que pasa es que estas bacterias tienen comportamientos colectivos y pueden llevar a cabo tareas que nunca podrían lograr si simplemente actuaran como individuos.
Lo que me gustaría poder argumentar adicionalmente es que esta es la invención de la multicelularidad.
Las bacterias han estado en la Tierra por miles de millones de años.
Los seres humanos –un par de cientos de miles.
Creemos que las bacterias hicieron las reglas con las cuales funciona la organización multicelular.
Creemos que, mediante el estudio de las bacterias, vamos ha ser capaces de tener conocimientos sobre la multicelularidad en el cuerpo humano.
Sabemos que, si podemos comprender los principios y las normas en este tipo de organismos primitivos, la esperanza es que serán aplicados a otras enfermedades y comportamientos humanos también.
Espero que lo que han aprendido es que las bacterias pueden distinguirse entre sí.
Mediante el uso de estas dos moléculas ellas pueden decir “yo” y pueden decir “tú”.
Una vez más, por supuesto, que es lo que nosotros hacemos, tanto en forma molecular, como también de manera externa, pero yo pienso en el material molecular.
Esto es exactamente lo que sucede en su cuerpo.
No es como si sus células cardiacas y renales estuvieran mezcladas todos los días, y eso es porque está toda esta química ocurriendo, estas moléculas que dicen quién es cada uno de estos grupos de células, y que tareas deben realizar.
De nuevo, creemos que las bacterias inventaron eso, y usted ha evolucionado unas cuantas cosas adicionales, pero todas las idea están en estos sistemas simples que podemos estudiar.
La ultima cosa es, sólo ara reiterar que existe una parte práctica , que hemos hecho estas moléculas anti-detección de quórum que se están desarrollado como nuevos tipos de terapias.

Pero entonces, para terminar con un reconocimiento para todas las bacterias buenas y milagrosas que viven en la Tierra, también hemos hecho moléculas que facilitan la detección de quórum.
Hemos trabajado en esos sistemas para hacer que las moléculas funciones mejor.
Recuerde que usted tiene 10 veces más células bacterianas en usted o dentro de usted, manteniéndolo saludable.
Lo que también estamos tratando de hacer es de mejorar la conversación de las bacterias que viven con usted como mutualistas, con la esperanza de hacerlo más saludable, mejorando estas conversaciones, a fin de que las bacterias puedan hacer las cosas que queremos que hagan mejor de lo que lo harían por su propia cuenta.
Por último queremos mostrarles este es mi equipo de Princeton, Nueva Jersey.
Todo lo que les he dicho fue descubierto por alguien en esa foto.
Espero que cuando aprendan cosas, acerca de cómo funciona el mundo natural --
Sólo quiero decirles que siempre que ustedes leen algo en el periódico o escuchan hablar de algo ridículo en el mundo natural, fue realizado por un niño.
La ciencia es hecha por ese grupo demográfico.
Todas estas personas tiene entre 20 y 30 años, y son el motor que impulsa los descubrimientos científicos en este país.
Es una suerte trabajar con este grupo demográfico.
Yo sigo haciéndome más y más vieja y ellos tienen siempre lamisca edad y es simplemente un trabajo loco y encantador.

Quiero darles las gracias por haberme invitado aquí, es un gran placer para mí haber venido a esta conferencia.