Una investigación basada en experimentos realizados con salmonela en dos misiones espaciales de la NASA ha puesto de manifiesto elementos clave acerca de los mecanismos de infección de esta enterobacteria. Uno de los objetivos a partir de ahora es aprovechar los resultados para desarrollar nuevas estrategias que permitan combatir toxiinfecciones alimentarias.
Las estaciones espaciales son el entorno apropiado para someter a los microorganismos a condiciones extremas y observar sus reacciones. A través de estos experimentos se pueden averiguar aspectos sorprendentes acerca de su funcionamiento que nos ayudarán a conocerlos mejor. Además de los ensayos con «Salmonella enteritidis», en la Estación Espacial Internacional (ISS, en sus siglas inglesas) se han llevado a cabo otros estudios con microorganismos comunes como «Pseudomonas aeruginosa» y «Candida albicans», así como otros experimentos destinados a comprobar el efecto de la radiación cósmica en los microorganismos (esporas de diversos hongos y bacilos). Resulta preocupante saber cómo algunas bacterias pueden mutar volviéndose más agresivas en situaciones de ingravidez, especialmente de cara a futuros viajes espaciales de larga duración.
Los experimentos con salmonela fueron realizados en los viajes del transbordador espacial de la NASA a la ISS en septiembre de 2006 y marzo de 2008. Los primeros estudios demostraron cómo durante el vuelo espacial dichas bacterias se volvían mucho más virulentas que las cultivadas en la tierra en las mismas condiciones. Sin embargo, no había evidencias de que la bacteria cultivada en el espacio mantuviera esos efectos durante largos periodos a su retorno a la Tierra. El experimento de 2008 confirmó estos resultados y demostró cómo algunos cambios en el entorno de crecimiento de la bacteria controlaban su virulencia.
Espacio ‘versus’ intestino humano
El efecto del medio ambiente espacial sobre la bacteria es similar al que recibe cuando se encuentra en la pared intestinal de las personas
Las posteriores investigaciones realizadas por científicos del Instituto de Biodiseño de la Universidad de Arizona, en EE.UU., explican por qué la salmonela se muestra más activa y virulenta en el espacio y vuelve a la normalidad al regresar a la Tierra. La respuesta es, según sus responsables, así de sencilla: los viajes espaciales hacen que la salmonela se comporte como si se encontrara en el intestino humano. La razón radica en un fenómeno mecánico llamado «efecto de cizallamiento de un fluido» o fuerza de fricción que se ejerce sobre una superficie al fluir sobre ella.
La salmonela tiene la capacidad de sentir la fuerza que el fluido en movimiento ejerce en sus membranas exteriores y que actúa como una señal que le avisa de que se encuentra en el interior de un organismo. Las variaciones de intensidad de esta fuerza hacen que la enterobacteria se comporte de forma distinta, con mayor o menor virulencia. Esta enterobacteria suele entrar en el cuerpo a través de la ingesta de alimentos contaminados. En el centro del tubo que forma el intestino se mezclan los alimentos a medio digerir con los jugos digestivos, con lo que el líquido que se forma en la mezcla tiene un efecto de cizallamiento muy elevado. Sin embargo, cuando la salmonela se aproxima a la pared del intestino, se desliza por los espacios existentes entre las microvellosidades del recubrimiento intestinal.
Allí, la célula queda protegida del movimiento del fluido y disminuye de forma drástica el efecto de cizallamiento contra las paredes de la membrana exterior de la bacteria. En este lugar es donde la célula bacteriana puede cruzar desde el intestino hacia el torrente sanguíneo para iniciar la infección. Un bajo efecto de cizallamiento se traduce en una señal de «ahora es el momento de infectar», por lo tanto, tendría sentido para la bacteria que experimenta un bajo efecto de cizallamiento la activación de los genes responsables de aumentar su capacidad infecciosa.
Mayor virulencia
Basándose en programas informáticos de simulación, estos investigadores han demostrado que el efecto de cizallamiento provocado por el fluido experimentado por las bacterias en el medio ambiente de ingravidez, el ambiente espacial, es similar al que reciben cuando se encuentran en estos pequeños espacios de la pared intestinal. El medio ambiente en el que se hallan en un vuelo espacial es un fluido con un efecto de cizallamiento bajo similar al de las microvellosidades intestinales. Dicho de otro modo, el vuelo espacial es capaz de engañar la bacteria haciéndole creer que se encuentra en un entorno parecido al del intestino, lo que activa los genes responsables del incremento de su virulencia.Así, este experimento espacial proporcionó a los investigadores la oportunidad de descubrir que una fuerza mecánica conocida como efecto de cizallamiento de un fluido (el movimiento de un fluido cuando éste pasa sobre su superficie) podría tener un efecto determinante en el potencial infeccioso de la salmonela.
Durante el estudio, los científicos encontraron que había una diferencia de 167 genes con diferente actividad en las bacterias que habían viajado al espacio comparándolas con las bacterias que no lo habían hecho. Las bacterias espaciales habían alterado sus genes y habían mutado en el espacio volviéndose más agresivas, un efecto que remitía tras un periodo de cultivo en la Tierra. El equipo también identificó un «interruptor maestro» que regula cerca de un tercio de estos genes, una proteína llamada Hfq. La actividad de esta proteína también se vio afectada por las bajas condiciones de cizallamiento en el fluido durante los vuelos espaciales. Ahora que los científicos saben que los genes y las proteínas ayudan a crear este efecto para aumentar la virulencia de la bacteria están trabajando para desarrollar nuevas estrategias y combatir la salmonela y otras enfermedades transmitidas por alimentos.
De momento, el equipo de investigadores ya ha encontrado un camino. El crecimiento de la misma cepa de bacterias en un medio de cultivo con altas concentraciones de cinco iones (potasio, cloruros, sulfatos, magnesio, y fosfatos) provoca la inactivación de la virulencia de las bacterias debido a los vuelos espaciales. Muchos de los genes activados por el fluido de bajo cizallamiento en el entorno de los vuelos espaciales están implicados en el transporte de estos iones dentro y fuera de las células, por lo que podría haber una conexión. La investigación sobre este efecto de los iones podría llevar a nuevas formas de utilizar estos iones para evitar las infecciones de salmonela.
Imagen: Dimitri CastriqueEs de vital importancia evitar cualquier tipo de contaminación o posible foco de infección en los viajes espaciales, incluidos los alimentos. Todos los productos destinados a la alimentación de los astronautas han sido sometidos a rigurosos procesos que garanticen la seguridad de su consumo. El inicio del sistema APPCC (análisis de peligros y puntos de control críticos) en la industria alimentaria se produce en los años 60, cuando una empresa, Pillsbury, tuvo que garantizar la elaboración de alimentos completamente seguros para el ejército estadounidense y para la NASA, la agencia aerospacial de EE.UU. Ya entonces era evidente que el control de calidad por análisis de producto final no conseguía alcanzar los objetivos. Gracias a la colaboración establecida entre la citada compañía y el Gobierno estadounidense se puso a punto el nuevo sistema.
