Las biopelículas están constituidas por asociaciones de bacterias de una sola especie, o múltiples especies, adheridas a una superficie biótica o abiótica. Éstas cursan en su formación por varias etapas, a lo largo de las cuales la bacteria expresa diferentes determinantes de superficie o sustancias poliméricas extracelulares. Las biopelículas constituyen un mecanismo de defensa y resistencia de la bacteria ante condiciones adversas y pueden ser producidas tanto por bacterias patógenas como no patógenas. De forma interesante, algunos de los mecanismos de regulación y estructuras formadas por cualquiera de estas bacterias son comunes entre ellas. Por ejemplo, el biopolímero PGA es producido por E. coli, UPEC, Yersinia pestis y diversos estafilococos, entre otras. Similarmente se ha documentado que el sistema regulador RcsCDB juega un papel determinante sobre este fenotipo en bacterias como Escherichia coli, Yersinia pestis y Salmonella. Hace algún tiempo descubrimos la manera de inducir la formación de biopelículas en la bacteria E. coli no patógena, al sobreexpresar dominios citoplásmicos de la histidín cinasa RcsC. Basados en los antecedentes de nuestro trabajo, hemos propuesto un modelo: en condiciones de no inducción, cuando los dominios citoplásmicos de RcsC no son expresados, el regulador de respuesta OmpR es fosforilado por acetil fosfato y ejerce un efecto represor directo sobre el operón pga; mientras que, en la condición de activación RcsC desfosforila a OmpR-P, que previamente había sido fosforilado por acetil fosfato, y alivia la represión ejercida sobre el operón pga, permitiendo la producción de las proteínas involucradas en la ruta de síntesis y exportación del biopolímero. Sin embargo, contamos con una serie de observaciones que no alcanzan a ser explicadas por nuestro modelo; más aun hemos obtenido una serie de resultados preliminares empleando la metodología propuesta en esta solicitud que sugieren la existencia de una compleja red de regulación involucrada en controlar la formación de biopelícula. Al buscar referencias acerca de las mutantes que encontramos, nos dimos cuenta de que en nuestro sistema de biopelículas inducidas y en otras bacterias formadoras de biopelículas existen reguladores comunes. Basados en lo anterior pensamos que existen más reguladores, mecanismos y redes de regulación involucradas en la formación de biopelículas que son comunes en diferentes bacterias. Creemos que al identificarlos y estudiarlos de forma integral en la bacteria modelo E. coli podremos avanzar en su conocimiento, estableciendo la jerarquía y la forma en que se interconectan, de manera que esta información luego podrá ser aplicable a algunas bacterias patógenas relacionadas, pero mas difíciles de manipular en el laboratorio. Nuestro objetivo general es entonces, identificar qué otros genes participan en el fenotipo de formación de biopelícula constituida por PGA en E. coli, su nivel de participación en la red de regulación y la interconexión que guardan entre si. Para ello pretendemos mutagenizar a E. coli de manera exhaustiva mediante el uso de transposones. Caracterizando a profundidad estas mutantes obtendremos un panorama amplio, completo e integral que nos permita explicar la producción de biopelícula en E. coli. Gracias a la información que generemos, los investigadores que trabajamos en este campo estaremos en posibilidades de evaluar cuan conservados son estos mecanismos y redes de regulación en bacterias patógenas, para después proponer soluciones al problema de la formación de biopelículas por estas bacterias.

A la fecha, el estudio de las biopelículas ha sido abordado por diferentes grupos de investigación empleando diversos bacterias modelo, en su mayoría patógenas, de las cuales en pocos casos se conoce la secuencia completa de su genoma y que además son difíciles de manipular con herramientas de biología molecular en el laboratorio (1). Esta decisión a sido tomada en parte porque se ha considerado erróneamente que la bacteria modelo de laboratorio E. coli no forma biopelículas o lo hace en condiciones muy particulares (7). Por esta razón los artículos que estudian la regulación de la producción de biopelículas se han abocado a presentar un panorama limitado, lo que ha ocasionado que el conocimiento en este campo se encuentre fragmentado, dando la impresión de que existen distintos mecanismos y redes de regulación que conducen a la producción de diferentes clases de biopelículas, de acuerdo por ejemplo, a las estructuras que la constituyen (9). Otros estudios que han intentado ser extensivos se han limitado a enlistar y clasificar por categorías funcionales diferentes genes, que de acuerdo a sus criterios de análisis están involucrados en la formación de biopelículas, sin ofrecer evidencias mas amplias que sustenten sus resultados (4). Afortunadamente para nosotros, hace algún tiempo descubrimos la manera de inducir la formación de biopelículas en la bacteria E. coli no patógena, al sobreexpresar dominios citoplásmicos de la histidín cinasa RcsC (25). Hemos sido capaces de bosquejar un primer modelo de regulación para este fenómeno; pero como se presenta en la sección de metodología, es claro que éste plantea algunas dudas, además de que no alcanza a explicar algunas observaciones y resultados preliminares que hemos obtenido empleando la metodología propuesta en esta solicitud. En nuestro estudio pretendemos mutagenizar a E. coli de manera exhaustiva mediante el uso de transposones para generar un banco que contenga mutantes que 1) sobreexpresen, 2) se encuentren abatidas o 3) produzcan de manera constitutiva la biopelícula. Posteriormente se identificarán los genes afectados en las mutantes por la inserción del caset de resistencia, se evaluará el efecto de las mutaciones por eliminación del gen afectado y eliminando genes aledaños para descubrir efectos de polaridad de la inserción; enseguida sobreexpresaremos los genes identificados bajo el control de un promotor inducible; también se generarán fusiones reporteras con las regiones reguladoras nativas. Todo lo anterior nos permitirá obtener un panorama amplio, completo e integral de los genes, los mecanismos y las redes de regulación involucradas en controlar la producción de biopelícula en E. coli. Al avanzar en el conocimiento de los mecanismos que controlan este fenotipo, los investigadores que trabajamos en este campo estaremos en posibilidades de evaluar cuan conservados son éstos en bacterias patógenas, para después proponer soluciones al problema de la formación de dichas estructuras en diferentes ambientes y quizá también encontrar aplicaciones prácticas y usos para ellas en el área de la biorremediación y de los materiales poliméricos.