Físicos descubren cómo las bacterias contaminan rápidamente conductos del cuerpo y catéteres

Científicos del Núcleo Milenio Física de la Materia Activa y de la Escuela Superior de Física y de Química Industriales de París realizaron dos investigaciones que permiten entender cómo se producen las infecciones en conductos internos del cuerpo, como los uréteres, o a través de catéteres usados en los hospitales.

La Escherichia coli (E. coli) es la bacteria mejor conocida en el mundo, en términos de su genética y fisiología. Esta bacteria que se aloja en el intestino humano y que, en algunos casos, puede provocar la muerte, ha sido uno de los microbios más estudiados por la ciencia al punto que en las últimas décadas se ha convertido en un instrumento más del laboratorio, en un modelo de estudio.

Con modelos de E. coli, justamente, trabajaron un grupo de físicos chilenos y franceses, del Núcleo Milenio Física de la Materia Activa (DFI-FCFM- UChile) y de la Escuela Superior de Física y de Química Industriales de París (ESPCI) para entender más sobre su forma de nadar, ya que conocer más sobre su movilidad permite hacer frente a la propagación de infecciones.

Lo que encontraron no sólo da cuenta de que estudios previos tenían hipótesis erradas sobre los tiempos en que esta bacteria se mantiene nadando (y por lo tanto avanzando o moviéndose), sino que reveló cómo es que las bacterias infectan rápidamente los catéteres tanto artificiales (los hospitalarios, por ejemplo), como los naturales (uréteres) en lo que los científicos llaman “una súpercontaminación”.

Dos hallazgos que podrían explicar el origen de algunas emergencias médicas y tener gran impacto sobre en la prevención de infecciones intrahospitalarias y especialmente aquellas que se producen en conductos internos del paciente, como infecciones renales o al útero, entre otras.

Más de un segundo

En un primer estudio, publicado recientemente en la revista Physical Review X, los físicos analizaron los datos que se tenían sobre el nado de esta bacteria. Estos indicaban que la E. coli nada un lapso de tiempo en línea recta (empujada por sus colas o flagelos), frena un momento, cambia de dirección y sigue nadando. “Los estudios de la década del ‘70 indicaban que la bacteria alternaba los modos de nado y cambio de dirección cada un segundo, siempre con el mismo ritmo”, dice Rodrigo Soto, director del Núcleo Milenio Física de la Materia Activa, coautor del estudio.

Lo que descubrieron es que ese resultado no era correcto. Tras observar y analizar bacterias por mucho tiempo, se dieron cuenta que cuando la E. coli está en modo de nado, a veces lo hace por mucho más tiempo que un segundo y en otros momentos los nados duran mucho menos de un segundo. “Los colegas en Francia construyeron un microscopio que permitió medir por mucho rato el movimiento tridimensional de la bacteria. Lo que hicimos nosotros fue vincular ese nado con su biología celular, es decir, con las señales químicas al interior de la bacteria. Esto es muy importante, porque aportamos un conocimiento nuevo, que no se sabía, sobre la locomoción de nado de esta bacteria”, dice Soto.

Súper contaminación

Con este nuevo conocimiento, los físicos de ESPCI y del Núcleo Milenio realizaron una segunda investigación, publicada recientemente en la revista Science Advances.

Colocaron bacterias de E. coli en el extremo de un tubo delgado, mientras que en el extremo opuesto del tubo se inyectó agua con el fin de empujar hacia afuera del tubo a las bacterias.

Ocurrió exactamente lo contrario. “Al empujarlas con el agua, desde el otro extremo del tubo, las bacterias no salían expulsadas del tubo por la presión, sino que entraban más fácilmente a éste y, además, lo hacen de forma muy rápida. ¿Por qué? A las bacterias les gusta nadar contra corriente. Se sabía que eso pasaba y la razón es netamente física. Tiene que ver con cómo interactúan las bacterias con los flujos. Es pura hidrodinámica”, explica Soto.

Lo que ocurre es lo siguiente: las bacterias nadan contra la corriente y sólo cuando hacen la pausa se despegan de las paredes y son arrastradas hacia la salida del tubo, pero luego, cuando vuelven a nadar logran pegarse de nuevo a las paredes y siguen nadando. Y lo hacen por mucho más tiempo que un segundo. “Observamos que las bacterias se mantenían nadando mucho tiempo, distancias de hasta 10 centímetros, por las paredes del tubo, en contra del flujo, hallazgo que se vincula con nuestro primer estudio. Eso significa que son capaces de contaminar un catéter de forma muy rápida, porque pueden nadar mucho rato contra corriente”, dice Soto.

Y este catéter puede ser tanto artificial (como los que se usan en los hospitales) como natural. Por ejemplo, en el tracto urinario humano, los uréteres son tubos con paredes musculares que sufren sucesivas ondas de contracción muscular para mover el líquido desde el riñón hasta la vejiga. Según las estimaciones de los físicos, la velocidad a la que avanzan las bacterias en contra del flujo, podría superar la longitud de los uréteres (200 a 300 mm) y viajar desde la vejiga a los riñones en 3 a 7 horas, posiblemente comenzando una infección renal. “Esto que llamamos “supercontaminación”, podría explicar el rápido inicio de algunas emergencias médicas que ponen en peligro la vida”.