Computational modelling of mechanical interactions involved in bacterial infections
Las bacterias son organismos unicelulares que pueden provocar infecciones, en ocasiones mortales. Para combatir estas infecciones es crucial comprender cómo las bacterias interactúan con las células huésped del organismo. En esta tesis se presenta un análisis computacional de experimentos in vitro,...
| Autores: | , , |
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| Tipo de recurso: | tesis de maestría |
| Estado: | Versión publicada |
| Fecha de publicación: | 2024 |
| País: | España |
| Institución: | Universidad de Zaragoza |
| Repositorio: | Zaguán. Repositorio Digital de la Universidad de Zaragoza |
| OAI Identifier: | oai:zaguan.unizar.es:151526 |
| Acceso en línea: | http://zaguan.unizar.es/record/151526 |
| Access Level: | acceso abierto |
| Palabra clave: | bacterias biomecánica mecánica de medios continuos |
| Sumario: | Las bacterias son organismos unicelulares que pueden provocar infecciones, en ocasiones mortales. Para combatir estas infecciones es crucial comprender cómo las bacterias interactúan con las células huésped del organismo. En esta tesis se presenta un análisis computacional de experimentos in vitro, lo que permite explorar las interacciones mecánicas entre células huésped en monocapas de células expuestas a bacterias o infectadas con ellas. En concreto, se investigan las interacciones con monocapas de células de dos bacterias diferentes: la Borrelia burgdorferi (Bb) transmitida por garrapatas y la Listeria monocytogenes (L.m.) transmitida por alimentos.<br />En el marco de esta tesis se emplea un análisis computacional para inferir mediante cálculos indirectos las variables mecánicas de las células a partir de experimentos in vitro. Se ha implementado la técnica de microscopía de tensión en monocapa (MSM en inglés) en células endoteliales en monocapa expuestas a la Bb (patógeno extracelular) para medir las tensiones en las monocapas celulares durante la infección. Esta técnica ha desvelado que las células endoteliales expuestas a Bb experimentan un aumento brusco pero transitorio de las tensiones de la monocapa, seguido de una disminución sostenida de la motilidad celular y de las fuerzas generadas por la célula. Curiosamente, en las infecciones de células epiteliales en monocapa con la bacteria intracelular L.m., también se observa que las tensiones de la monocapa se modulan de forma diferente en las células infectadas y en las no infectadas.<br />Los modelos computacionales y las simulaciones también son herramientas útiles para estudiar las interacciones huésped-patógeno, ya que pueden predecir o explicar los mecanismos de acción. En esta tesis se presentan una serie de modelos computacionales. En primer lugar, se utiliza un modelo continuo tridimensional para predecir los resultados de la batalla mecánica celular que surge durante la infección con L.m. entre células epiteliales infectadas y no infectadas. Mediante el uso de este modelo continuo, se ha descubierto que un aumento de la rigidez de la matriz extracelular (MEC) promueve la compresión colectiva y la eliminación de las células infectadas provocada por las células vecinas no infectadas. Estas observaciones se han validado posteriormente mediante ensayos in vitro. Este modelo pone de manifiesto el papel fundamental de las interacciones célula-célula y célula-MEC en la modulación de las respuestas celulares a la infección.<br />En segundo lugar, se presenta un modelo híbrido bidimensional para captar la distribución heterogénea de las células y la propagación intracelular y dinámica de la L.m. El modelo muestra cómo el aumento de la densidad celular reduce el movimiento celular, la coordinación del movimiento celular y la generación de fuerzas en las células. Además, reproduce la batalla mecánica celular de las células no infectadas vs infectadas durante la infección con L.m. Este proceso está guiado por la coordinación de las células vecinas no infectadas que se agrupan y migran hacia el foco de infección, ejerciendo mayores tensiones en la monocapa para expulsar a las células infectadas de la monocapa.<br />Por medio de la implementación de modelos computacionales y el análisis de datos in vitro, esta tesis doctoral muestra que la mecánica celular desempeña un papel fundamental en la regulación de diversos procesos de infección. Este enfoque mecánico-computacional ofrece nuevas perspectivas sobre cómo progresan las infecciones en monocapas celulares a través de la modulación diferencial de las fuerzas de las células huésped.<br /> |
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