Un estudio encontró que las células abarrotadas forman círculos concéntricos al desacelerar su crecimiento.El modelo del equipo de Scott Weady ayuda a gestionar el crecimiento de microorganismos dañinos. Como muchos otros organismos, las células se estresan cuando están abarrotadas de una mezcolanza de células. Sin embargo, a diferencia de otras formas de vida, cuando las células están físicamente estresadas por sus vecinos hacinados, pueden aliviar el estrés reduciendo drásticamente sus tasas de crecimiento, formando hermosos patrones de círculos concéntricos en el proceso.
Un nuevo estudio publicado en Physical Review Letters describe el descubrimiento simulando y modelando colonias bacterianas en división. Los conocimientos podrían proporcionar nuevas estrategias para frenar el crecimiento de microorganismos dañinos durante infecciones o procesos de fabricación, dijo Scott Weady, primer autor del estudio e investigador del Centro de Biología Computacional del Instituto Flatiron en la ciudad de Nueva York.
"Me sorprendió mucho ver cómo las células podían ralentizar su crecimiento bajo tal estrés mecánico", dijo Vedi. "Lo interesante es que forman estos círculos concéntricos, y cada anillo muestra cuánto están siendo sofocados por las células que los rodean, lo que en última instancia afecta su tamaño. Es un patrón poderoso que proviene de una regla muy simple, solo que nadie había pensado realmente en medirlo antes".
Wade fue coautor del estudio con los investigadores del Instituto Flatiron Bryce Palmer, Adam Lamson, Reza Farhadifar y Michael Shelley, así como con Taeyoon Kim de la Universidad Purdue.
El grupo de investigación de Wade está interesado en el modelado biofísico o, en sus palabras, en estudiar cómo las reglas a pequeña escala gobiernan el comportamiento a gran escala. En este caso, su equipo quería estudiar la proliferación celular, el proceso por el cual las células se dividen para hacer más copias.
El equipo comenzó con un enfoque exploratorio para simular el crecimiento de colonias bacterianas. Al principio, observaron medidas más generales, como la regulación del tamaño de las células, pero luego empezaron a notar un patrón.
Normalmente, las células se multiplican exponencialmente: una célula se divide en dos, y la descendencia se divide en dos, y así sucesivamente, multiplicándose a un ritmo cada vez mayor. Sin embargo, en sus simulaciones, el equipo notó que las células no se dividían como cabría esperar; de hecho, la proliferación de las células se ralentizó significativamente a medida que el entorno que encontraron se volvió más poblado.
"Comienzas con una célula y casi no siente presión. Luego se divide, y esas células se dividen, y las células más cercanas al centro se estresan cada vez más porque hay más presión sobre ellas, y eso hace que crezcan más lentamente, de modo que a medida que te mueves hacia los bordes del círculo, obtienes estas bandas no uniformes sensibles al estrés que aparecen como círculos concéntricos".
El trabajo inicial se basó en simulaciones de partículas que ilustraban cómo se desarrolla el proceso de proliferación en un número relativamente pequeño de células. A partir de estos datos, el equipo de investigación desarrolló el llamado modelo continuo, que puede estimar cómo se desarrolla el proceso de proliferación en un número extremadamente grande de células.
"En las simulaciones de partículas se ve algo discreto; en este caso se rastrean las bacterias a lo largo del tiempo. Pero el modelo continuo funciona de manera diferente porque supone que el número de partículas es muy grande, por lo que se puede representar como un material continuo. Esto nos ayuda a estudiar mejor este proceso a mayor escala y comprender su robustez", dijo Vedi.
Curiosamente, el equipo descubrió que su modelo continuo coincidía estrechamente con lo que vieron en simulaciones de partículas, lo que sugiere que su corazonada era correcta: las células acorraladas ralentizan su propio crecimiento, creando un patrón de estasis en el proceso.
La proliferación celular es un tema de investigación extremadamente valioso porque es un proceso muy fundamental, pero también porque cuando las células que proliferan son dañinas (como infecciones bacterianas), pueden causar efectos nocivos.
"Es realmente importante descubrir cómo se regula naturalmente este proceso y cómo se controla", dijo Wade. "Nuestro modelo identifica factores ambientales que pueden mejorar la respuesta de una célula al estrés mecánico, y promover estos factores puede ralentizar el crecimiento exponencial. Creo que este modelo es una herramienta útil para ayudar a las personas a estudiar las perturbaciones en la forma en que responden las células, ya sea a través del estrés, el acceso a nutrientes u otros medios. Está muy claro cómo plantear estas preguntas con un modelo como este, así que creo que es emocionante porque permitirá esto a una escala más amplia".
El modelo desarrollado en este estudio también podría servir como base para estudiar otros comportamientos celulares.
Compilado de/SciTechDaily