Científico chileno crea paisajes en un chip para estudiar cómo las bacterias colonizan los ecosistemas

En el bosque sureño, en el desierto o en la costa, los seres vivos se desplazan por el paisaje en busca de las mejores oportunidades. En ese intento pueden morir, sobrevivir y, en el mejor de los casos, prosperar y reproducirse. Para lograrlo ¿es mejor moverse individual o colectivamente? ¿Explotar el paisaje y aprovechar lo que ofrece, compitiendo por sus nutrientes? ¿O explorarlo e indagar para ver si, más allá, hay mejores opciones para prosperar y colonizar?

A nivel microscópico esta dicotomía entre competencia y colonización también existe. Para estudiar cómo se comportan microorganismos y bacterias en diferentes paisajes, Juan Keymer, investigador del Núcleo Milenio Física de la Materia Activa, académico de la U. de Aysén y experto en Ecología en un Chip, crea mini-laboratorios o dispositivos microfluídicos, del porte de una estampilla, en cuyo interior diseña diversos paisajes ecológicos, para usar el poder de la biofísica experimental para entender cómo se mueven estos colectivos y cuáles son sus dinámicas de colonización de espacios.

En su última investigación, publicada en BMC Biology, Keymer y su equipo diseñaron paisajes en un chip, que al igual que un paisaje real, reproduce patrones ecológicos cada cierto espacio, para que los individuos puedan comer o nutrirse. En ellos, pusieron a nadar dos grupos de bacterias: Escherichia coli y Pseudomonas aeruginosa para ver su comportamiento en el paisaje. “Creamos estos paisajes en el chip de la forma más simple, con una isla o piscina donde pudieran vivir las bacterias y un archipiélago unidimensional donde se podían poner las islas. Además, agregamos conectores o corredores biológicos, como ocurre en un paisaje real. Luego inoculamos el chip con bacterias motiles, que nadan, y estudiamos cómo estos “cardúmenes” de bacterias exploraban ese paisaje”, afirma

Los resultados mostraron que la E. coli es “una especie fugitiva y exploradora y que la Pseudomonas aeruginosa es un colonizador más lento, pero un competidor superior, un explotador del paisaje. Y que ambas lograron coexistir y poblar el paisaje al tener opciones de explorarlo y explotarlo, respectivamente”, dice el doctor en Ecología y Biología Evolutiva.

Estos resultados revelan que las relaciones de proximidad o lejanía (adyacencia) que se establecen con las estructuras y los individuos de un ecosistema son cruciales en el éxito de la colonización o sobrevida de los microorganismos y de su coexistencia en el paisaje.

Esto quedó en evidencia cuando las mismas bacterias fueron puestas en un tubo de ensayo. En este caso la E. coli, no tuvo oportunidad de sobrevivir, ya que no tuvo opciones de explorar, que es su cualidad. “Cuando partimos el experimento (en el tubo), a las 12 horas teníamos un montón de E. coli, pero en 48 horas todo estaba colonizado por la Pseudomona y eso pasa, porque cuando el ambiente es homogéneo y no hay posibilidad de ir a explorar a otras partes, y no importa si eres mejor en moverte y saltar de aquí para allá, no tienes opción de sobrevida. Va a ganar siempre la Pseudomona, que es un colonizador más lento, pero que sabe competir mejor. Pero cuando hay relación de adyacencia y la E. coli se puede arrancar e ir donde la Pseudomona no puede llegar, porque es muy lenta, entonces puede prosperar y colonizar los espacios”, explica Keymer.

Estos conocimientos prometen impactar en ecología y medio ambiente, ya que revelan cómo ciertos fenómenos biológicos -como la adyacencia- podrían ser muy útiles para que comunidades de seres vivos puedan prosperar en ecosistemas cada vez más dinámicos, fragmentados y cambiantes debido al cambio climático. También podría tener impactos en medicina, explica el investigador, ya que fenómenos similares ocurren a nivel de células y tejidos “y podrían ayudarnos a comprender mejor cómo se cura una herida o se forma un ser vivo, pues lo que vimos en el trabajo es que al poder yo dibujar el hábitat y armar islas de distintas maneras, puedo programar la conducta de ciertas células”.

Conoce más sobre esta investigación de Ecosistemas en un chip, en esta cápsula animada financiada por Centros ANID: https://youtu.be/1cAEAA6Qv0Q