Cómo las bacterias se sacrifican para que los antibióticos dejen de ser eficaces
Este descubrimiento ayuda a los científicos a comprender los mecanismos de supervivencia de las bacterias y, en consecuencia, a mejorar la eficacia de los antibióticos.
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Las bacterias pueden defenderse de los antibióticos con la ayuda de una enzima liberada por las células moribundas. Esa es la conclusión a la que ha llegado un grupo de investigación formado por investigadores del Instituto de Física Biológica de la Universidad de Colonia y de Wageningen University & Research. Este descubrimiento ayuda a los científicos a comprender los mecanismos de supervivencia de las bacterias y, en consecuencia, a mejorar la eficacia de los antibióticos. El equipo dirigido por el profesor Dr. Joachim Krug, en Colonia, y el profesor Dr. Arjan de Visser, en Wageningen, ha demostrado que las bacterias Escherichia coli (E. coli) son capaces de producir una enzima que descompone químicamente el antibiótico, lo que lo hace ineficaz. Dado que la enzima es liberada especialmente por las bacterias moribundas, los investigadores se refieren a este fenómeno como «muerte celular altruista», que garantiza la supervivencia de la población en su conjunto. Estos hallazgos ayudan a explicar los mecanismos de supervivencia colectiva de las bacterias, lo que, a su vez, contribuye a mejorar la eficacia de los antibióticos actuales y futuros. Los resultados se publicaron bajo el título «Contributions of intra- and extracellular antibiotic degradation to collective β-lactam survival» en la revista Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS). La investigación fue financiada por la Fundación Alemana para la Investigación (DFG) en el marco de los trabajos del Centro de Investigación Colaborativa 1310 «Predictabilidad en la evolución».
El proyecto surgió a raíz de un descubrimiento realizado por el primer autor del estudio, el Dr. Rotem Gross (Universidad de Colonia), que demostró que, aunque los cultivos bacterianos mueren inicialmente al exponerse al antibiótico, acaban recuperándose y continúan creciendo sin obstáculos. El equipo investigó dos cepas diferentes de la bacteria E. coli —patógenos responsables de infecciones del tracto urinario, entre otras afecciones, así como de septicemia e infecciones nosocomiales— y su respuesta a la administración de betalactámicos, la clase de antibióticos más utilizada en todo el mundo. Las bacterias producen la enzima beta-lactamasa, que descompone químicamente el antibiótico. Tan pronto como su concentración descendió por debajo de un umbral como resultado de la actividad enzimática, los cultivos bacterianos comenzaron a recuperarse. «Por lo tanto, la muerte de algunas de las bacterias contribuye de manera significativa a la supervivencia a largo plazo de la población en su conjunto, lo que puede interpretarse como un ejemplo de comportamiento colectivo altruista», afirma Joachim Krug.
Además de las bacterias moribundas, las que sobreviven también ayudan a combatir el antibiótico. Estas también producen la enzima, pero esta permanece dentro de la célula, donde degrada el antibiótico absorbido. Las bacterias moribundas liberan la enzima. Esto ocurre en ambas cepas de E. coli objeto de estudio. Sin embargo, los investigadores observaron que el grado en que la muerte celular contribuye a la reducción del antibiótico varía considerablemente entre las dos cepas de E. coli estudiadas. Esto sugiere que las cepas también reaccionarán de forma diferente a la administración de inhibidores de la beta-lactamasa, ya que estos solo son eficaces en el medio de cultivo y no pueden penetrar en células intactas. Los inhibidores de la beta-lactamasa son sustancias diseñadas para eludir el mecanismo de resistencia de las bacterias. Por lo tanto, un mayor nivel de muerte celular altruista hace que la población sea más susceptible a estas sustancias, que ya se utilizan de forma habitual para tratar infecciones. Joachim Krug: «Nos sorprendió la variedad de mecanismos de defensa que las bacterias son capaces de movilizar incluso en condiciones sencillas de laboratorio». Esto hace que predecir la eficacia de antibióticos específicos en condiciones fisiológicas realistas sea un gran reto, una tarea que el equipo espera abordar en el futuro.
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