Incluso en altas concentraciones, los antibióticos no matarán todas las bacterias. Siempre hay algunos sobrevivientes, incluso en una población bacteriana que es genéticamente idéntica. Científicos de la KU Leuven (Bélgica) y la Universidad de Groningen (Países Bajos) descubrieron que estos supervivientes comparten una característica común: acumulan ácido en sus células, lo que interrumpe la síntesis de proteínas. Estos resultados podrían conducir a tratamientos antimicrobianos mejorados y se publicaron en Comunicaciones de la naturaleza el 27 de enero.
Las bacterias y otros microorganismos pueden volverse resistentes a los antimicrobianos, lo cual es un problema creciente en medicina. Si bien los nuevos medicamentos antimicrobianos son una solución, también podemos ayudar a prevenir el desarrollo de resistencia mediante la adopción de mejores regímenes de tratamiento que utilicen los antimicrobianos existentes. Pero el primer paso en el desarrollo de la resistencia no se comprende muy bien, explica Bram Van den Bergh, postdoctorado en el Centro de Microbiología de VIB – KU Leuven (Bélgica): «Las células tienen que sobrevivir a un tratamiento antibiótico inicial antes de convertirse en resistentes a futuros tratamientos. Quería entender por qué estas células sobreviven.’
Mutaciones
En trabajos anteriores, Van den Bergh señaló que en cultivos clonales de bacterias (donde todas las células son genéticamente idénticas), siempre hay unas pocas células que sobreviven a un tratamiento con antibióticos. ‘Tal vez una de cada mil células, o incluso solo una de cada cien mil, sobreviva. Cultivamos a estos sobrevivientes y los tratamos de nuevo, para desarrollar bacterias en el laboratorio que sean más tolerantes a los antibióticos”. Después de solo unos pocos días de esta evolución dirigida a través del tratamiento y la recuperación, hasta el 50% de todas las células sobrevivirían a los antibióticos.
En el trabajo actual, el análisis genético mostró que estos sobrevivientes comparten mutaciones en un sistema celular crucial: el Complejo Respiratorio I. Esta es una parte vital en la maquinaria que impulsa la producción de energía en las bacterias y más allá. Específicamente, las mutaciones bloquearon la capacidad de este complejo para bombear protones fuera de las células. Esto puede provocar acidez estomacal grave, ya que las células no pueden deshacerse del ácido acumulado.
Acidez
«Nos preguntamos cómo esto podría conducir a una mayor supervivencia», explica Van den Bergh. La solución surgió en parte por casualidad durante una reunión en una conferencia en Suiza entre su supervisor Jan Michiels y Matthias Heinemann, especialista en metabolismo celular y profesor de biología de sistemas moleculares en la Universidad de Groningen. Michiels dio una charla sobre acidificación celular, Heinemann presentó datos que demostraron que un problema en el metabolismo puede llevar a la tolerancia a los antibióticos. Los dos científicos concluyeron que estaban estudiando el mismo fenómeno pero desde diferentes perspectivas.
Esto fue en 2018 y se necesitó mucho trabajo de laboratorio de varios investigadores para conectar sus observaciones y determinar cómo las células escapan de los efectos letales de los antibióticos. Heinemann: ‘Cualquier alteración metabólica conducirá a un aumento de la acidez dentro de las células. Cuando el Complejo Respiratorio no puede bombear los protones, la acidez seguirá aumentando. Eventualmente, esto conduce a un cierre completo de todos los procesos basados en proteínas y de la síntesis de nuevas proteínas. Esto hace que los antibióticos utilizados sean inútiles, ya que su mecanismo de acción es la interferencia con la síntesis de proteínas.’
Resistencia
Así es como los mutantes hipertolerantes evolucionados en el laboratorio sobrevivieron al tratamiento. Una vez que se eliminaron los antibióticos y se restableció el problema metabólico, se redujo la acidez y se reiniciaron las células. Van den Bergh: «No exploramos cómo adquieren resistencia, pero existen diferentes vías que pueden conducir a esto, como un aumento en la tasa de mutación causada por el estrés, o simplemente un juego de números: sobreviven más células y el tratamiento necesario el tiempo se prolonga, por lo que aumentan las posibilidades de que una de estas células adquiera resistencia. El descubrimiento podría ayudar a combatir la resistencia a los antibióticos, por ejemplo, al agregar medicamentos existentes que reducen la acidez en las células.
Heinemann y Van den Bergh creen que aún queda mucho por descubrir sobre estos mecanismos de tolerancia. Van den Bergh: ‘Hemos desarrollado muchos otros mutantes hipertolerantes con diferentes mutaciones, la mayoría de ellos en sistemas de transporte de iones o moléculas cargadas. Me gustaría obtener más información sobre ellos y cómo el transporte y el equilibrio de iones afectan la tolerancia a los antibióticos.
Contribuciones
la investigacion para la Comunicaciones de la naturaleza El artículo se realizó principalmente en KU Leuven y la Universidad de Groningen, con contribuciones de científicos de la Universidad Albert-Ludwigs de Freiburg, Alemania, y Proteomics Core Facility, Universidad de Basilea, Suiza.
Fuente de la historia:
Materiales proporcionado por Universidad de Groninga. Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
