Las bacterias resistentes a los antibióticos son una amenaza inminente para la salud mundial. Las bacterias que desarrollan resistencia genética a los antibióticos causan millones de muertes humanas al año. Sin embargo, la resistencia genética es solo una de las muchas formas en que las bacterias pueden sobrevivir a los antibióticos.
Investigadores de la Universidad Texas A&M están investigando cómo las bacterias desarrollan tolerancia a los antibióticos sin adquirir nuevos genes ni mutar los existentes. Los investigadores se centraron en las variaciones de las energías electroquímicas que impulsan el crecimiento bacteriano para comprender la adaptación a los antibióticos. Estas energías son intensas: el campo eléctrico que contribuye en una sola bacteria puede ser más fuerte que el de los rayos.
“Las bacterias han desarrollado numerosas estrategias de adaptación durante miles de millones de años para sobrevivir en ambientes adversos”, dijo el Dr. Pushkar Lele, profesor asociado en el Departamento de Ingeniería Química Artie McFerrin en Texas A&M. “La mayoría de los mecanismos de adaptación aún no se han entendido”.
El equipo publicó sus hallazgos en la revista mBio en un artículo titulado “Distribución heterogénea de la fuerza motriz de protones en la resistencia a los antibióticos no heredables”.
Cada año, se usan aproximadamente 3 millones de libras de antibióticos en la medicina humana, y ocho veces esa cantidad se usa para mantener el ganado sano para el consumo humano. Desafortunadamente, el uso excesivo y no dirigido de antibióticos puede crear condiciones propicias para la aparición de resistencia a los antibióticos en las bacterias.
Estudios anteriores han señalado que las células bacterianas individuales que carecen de suficiente energía con frecuencia sobreviven a dosis letales de antibióticos. Estas células latentes pueden no poseer genes que puedan conferir resistencia a los antibióticos. En cambio, duermen durante el ataque de antibióticos.
“Los antibióticos eliminan las bacterias en crecimiento activo, generalmente al atacar procesos clave en la célula”, dijo Lele. “En una bacteria inactiva, esos procesos pueden verse obstaculizados, lo que hace que los antibióticos sean ineficaces. De hecho, los altos niveles de energía se consideran perjudiciales para sus posibilidades de supervivencia”.
El equipo se sorprendió, por lo tanto, cuando observaron que las células supervivientes de Escherichia coli nadaban rápidamente durante varias horas en presencia de antibióticos. Las bacterias nadan girando apéndices delgados llamados flagelos. Los flagelos rotan varios cientos de veces cada segundo por fuertes campos eléctricos a través de la membrana celular. Por lo tanto, los experimentos sugirieron, en contra de la sabiduría convencional, que los sobrevivientes mantienen altas energías electroquímicas.
Para investigar la correlación entre la energía celular y la tolerancia a los antibióticos, los investigadores trataron las células con varias combinaciones de antibióticos. Utilizando tintes fluorescentes y técnicas sensibles de detección de fotones, monitorearon los niveles de energía electroquímica en las células sobrevivientes. Las células exhibieron inesperadamente una amplia gama de energías a pesar de estar en un estado de crecimiento detenido.
Luego, el equipo determinó cómo los sobrevivientes podrían responder a los niveles decrecientes de antibióticos si el tratamiento se truncaba. Trabajando a nivel de una sola célula, descubrieron que las células con altas energías comenzaron a crecer inmediatamente una vez que se eliminó la amenaza de los antibióticos, lo que demuestra los peligros de los ciclos de antibióticos incompletos.
Los resultados sugieren que algunas bacterias pueden sobrevivir al ataque de los antibióticos incluso si no están inactivas ni son resistentes. Es preocupante que tales bacterias retengan la capacidad de nadar fuera de ambientes dañinos y se propaguen rápidamente. Además, la alta retención de energía les permite adaptarse a los antibióticos de varias maneras.
“La fuente de energía en E. coli que impulsa la motilidad también impulsa muchos transportadores, a menudo llamados bombas de expulsión”, dijo Lele. “Estos transportadores pueden bombear antibióticos fuera de la célula para mitigar la amenaza. Las células nadadoras que observamos posiblemente se adaptaron a través de este mecanismo”.
El tratamiento médico a menudo implica cambiar a un antibiótico diferente si un paciente infectado no responde a la intervención antibiótica inicial. Según Lele, el aspecto fascinante de su descubrimiento es que las células con alta energía sobreviven con más frecuencia cuando se cambia de antibiótico que cuando se usa un solo antibiótico.
“Nuestros hallazgos también sugieren que, a pesar de ser genéticamente idénticas, las células de una población pueden emplear y emplean diversos mecanismos para adaptarse al estrés de los antibióticos”, dijo Lele. “Los regímenes de tratamiento tendrían mejores resultados si tuvieran en cuenta tal diversidad”.
Los investigadores del proyecto incluyen a Lele, Annie H. Lee, la Dra. Rachit Gupta, Hong Nhi Nguyen, Isabella R. Schmitz y la Dra. Deborah A. Siegele.
Fuente: Phys.org.
