Las bacterias resistentes a los antibi\u00f3ticos son una amenaza inminente para la salud mundial. Las bacterias que desarrollan resistencia gen\u00e9tica a los antibi\u00f3ticos causan millones de muertes humanas al a\u00f1o. Sin embargo, la resistencia gen\u00e9tica es solo una de las muchas formas en que las bacterias pueden sobrevivir a los antibi\u00f3ticos.<\/p>\n\n\n\n
Investigadores de la Universidad Texas A&M est\u00e1n investigando c\u00f3mo las bacterias desarrollan tolerancia a los antibi\u00f3ticos sin adquirir nuevos genes ni mutar los existentes. Los investigadores se centraron en las variaciones de las energ\u00edas electroqu\u00edmicas que impulsan el crecimiento bacteriano para comprender la adaptaci\u00f3n a los antibi\u00f3ticos. Estas energ\u00edas son intensas: el campo el\u00e9ctrico que contribuye en una sola bacteria puede ser m\u00e1s fuerte que el de los rayos.<\/p>\n\n\n\n
“Las bacterias han desarrollado numerosas estrategias de adaptaci\u00f3n durante miles de millones de a\u00f1os para sobrevivir en ambientes adversos”, dijo el Dr. Pushkar Lele, profesor asociado en el Departamento de Ingenier\u00eda Qu\u00edmica Artie McFerrin en Texas A&M. “La mayor\u00eda de los mecanismos de adaptaci\u00f3n a\u00fan no se han entendido”.<\/p>\n\n\n\n
El equipo public\u00f3 sus hallazgos en la revista mBio en un art\u00edculo titulado “Distribuci\u00f3n heterog\u00e9nea de la fuerza motriz de protones en la resistencia a los antibi\u00f3ticos no heredables”.<\/p>\n\n\n\n
Cada a\u00f1o, se usan aproximadamente 3 millones de libras de antibi\u00f3ticos 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 antibi\u00f3ticos puede crear condiciones propicias para la aparici\u00f3n de resistencia a los antibi\u00f3ticos en las bacterias.<\/p>\n\n\n\n
Estudios anteriores han se\u00f1alado que las c\u00e9lulas bacterianas individuales que carecen de suficiente energ\u00eda con frecuencia sobreviven a dosis letales de antibi\u00f3ticos. Estas c\u00e9lulas latentes pueden no poseer genes que puedan conferir resistencia a los antibi\u00f3ticos. En cambio, duermen durante el ataque de antibi\u00f3ticos.<\/p>\n\n\n\n
“Los antibi\u00f3ticos eliminan las bacterias en crecimiento activo, generalmente al atacar procesos clave en la c\u00e9lula”, dijo Lele. “En una bacteria inactiva, esos procesos pueden verse obstaculizados, lo que hace que los antibi\u00f3ticos sean ineficaces. De hecho, los altos niveles de energ\u00eda se consideran perjudiciales para sus posibilidades de supervivencia”.<\/p>\n\n\n\n
El equipo se sorprendi\u00f3, por lo tanto, cuando observaron que las c\u00e9lulas supervivientes de Escherichia coli<\/em> nadaban r\u00e1pidamente durante varias horas en presencia de antibi\u00f3ticos. Las bacterias nadan girando ap\u00e9ndices delgados llamados flagelos. Los flagelos rotan varios cientos de veces cada segundo por fuertes campos el\u00e9ctricos a trav\u00e9s de la membrana celular. Por lo tanto, los experimentos sugirieron, en contra de la sabidur\u00eda convencional, que los sobrevivientes mantienen altas energ\u00edas electroqu\u00edmicas.<\/p>\n\n\n\n Para investigar la correlaci\u00f3n entre la energ\u00eda celular y la tolerancia a los antibi\u00f3ticos, los investigadores trataron las c\u00e9lulas con varias combinaciones de antibi\u00f3ticos. Utilizando tintes fluorescentes y t\u00e9cnicas sensibles de detecci\u00f3n de fotones, monitorearon los niveles de energ\u00eda electroqu\u00edmica en las c\u00e9lulas sobrevivientes. Las c\u00e9lulas exhibieron inesperadamente una amplia gama de energ\u00edas a pesar de estar en un estado de crecimiento detenido.<\/p>\n\n\n\n Luego, el equipo determin\u00f3 c\u00f3mo los sobrevivientes podr\u00edan responder a los niveles decrecientes de antibi\u00f3ticos si el tratamiento se truncaba. Trabajando a nivel de una sola c\u00e9lula, descubrieron que las c\u00e9lulas con altas energ\u00edas comenzaron a crecer inmediatamente una vez que se elimin\u00f3 la amenaza de los antibi\u00f3ticos, lo que demuestra los peligros de los ciclos de antibi\u00f3ticos incompletos.<\/p>\n\n\n\n Los resultados sugieren que algunas bacterias pueden sobrevivir al ataque de los antibi\u00f3ticos incluso si no est\u00e1n inactivas ni son resistentes. Es preocupante que tales bacterias retengan la capacidad de nadar fuera de ambientes da\u00f1inos y se propaguen r\u00e1pidamente. Adem\u00e1s, la alta retenci\u00f3n de energ\u00eda les permite adaptarse a los antibi\u00f3ticos de varias maneras.<\/p>\n\n\n\n “La fuente de energ\u00eda en E. coli<\/em> que impulsa la motilidad tambi\u00e9n impulsa muchos transportadores, a menudo llamados bombas de expulsi\u00f3n”, dijo Lele. “Estos transportadores pueden bombear antibi\u00f3ticos fuera de la c\u00e9lula para mitigar la amenaza. Las c\u00e9lulas nadadoras que observamos posiblemente se adaptaron a trav\u00e9s de este mecanismo”.<\/p>\n\n\n\n El tratamiento m\u00e9dico a menudo implica cambiar a un antibi\u00f3tico diferente si un paciente infectado no responde a la intervenci\u00f3n antibi\u00f3tica inicial. Seg\u00fan Lele, el aspecto fascinante de su descubrimiento es que las c\u00e9lulas con alta energ\u00eda sobreviven con m\u00e1s frecuencia cuando se cambia de antibi\u00f3tico que cuando se usa un solo antibi\u00f3tico.<\/p>\n\n\n\n “Nuestros hallazgos tambi\u00e9n sugieren que, a pesar de ser gen\u00e9ticamente id\u00e9nticas, las c\u00e9lulas de una poblaci\u00f3n pueden emplear y emplean diversos mecanismos para adaptarse al estr\u00e9s de los antibi\u00f3ticos”, dijo Lele. “Los reg\u00edmenes de tratamiento tendr\u00edan mejores resultados si tuvieran en cuenta tal diversidad”.<\/p>\n\n\n\n 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.<\/p>\n\n\n\n