Investigadores descubren el talón de Aquiles de las bacterias resistentes a los antibióticos
En plena batalla contra la resistencia bacteriana a los medicamentos, un equipo de científicos ha descubierto una nueva y prometedora forma de controlar la propagación de esta amenaza para la salud y el desarrollo mundiales.
Por Mario Aguilera
Modelo de la estructura de un ribosoma anotado con indicadores de flexibilidad codificados por colores: el rojo resalta las regiones de ribosoma que se vuelven más flexibles, mientras que el azul representa áreas más rígidas. Cortesía: Ashley Moon, Süel Lab, UC San Diego
Estimaciones recientes indican que las infecciones mortales resistentes a los antibióticos aumentarán rápidamente en el próximo cuarto de siglo. Según un estudio reciente, entre 1990 y 2021 murieron cada año más de un millón de personas por infecciones resistentes a los medicamentos, y las nuevas previsiones apuntan a que en 2050 se habrán producido casi dos millones de fallecimientos al año.
En un esfuerzo por contrarrestar esta crisis de salud pública, los científicos buscan nuevas soluciones dentro de la intrincada mecánica de la infección bacteriana. Un estudio dirigido por investigadores de la Universidad de California en San Diego, en Estados Unidos, ha descubierto una vulnerabilidad en las cepas de bacterias resistentes a los antibióticos.
En colaboración con laboratorios de la Universidad Estatal de Arizona y la Universidad Pompeu Fabra (España), el profesor Gürol Süel y sus colegas de la Facultad de Ciencias Biológicas de la UC San Diego investigaron la resistencia a los antibióticos de la bacteria Bacillus subtilis.
El enigma de la dominancia
Su investigación estuvo motivada por la pregunta de por qué las variantes mutantes de las bacterias no proliferan y se apoderan de la población una vez que han desarrollado una ventaja de resistencia a los antibióticos. Con una ventaja sobre otras bacterias que carecen de una resistencia similar a los antibióticos, estas bacterias deberían convertirse en dominantes. Sin embargo, no es así. ¿Por qué?
La respuesta, publicada en la revista Science Advances, es que la resistencia a los antibióticos tiene un coste. Aunque la resistencia a los antibióticos proporciona algunas ventajas a las bacterias para sobrevivir, el equipo descubrió que también está ligada a una limitación fisiológica que dificulta el dominio potencial. Este hecho, señalan los investigadores, podría aprovecharse para detener la propagación de la resistencia a los antibióticos.
«Hemos descubierto un talón de Aquiles de las bacterias resistentes a los antibióticos —afirma Süel, miembro del Departamento de Biología Molecular de la UC San Diego. Y añade—: Podemos aprovechar este coste para suprimir el establecimiento de la resistencia a los antibióticos sin fármacos ni productos químicos nocivos».
Mutaciones que desatan resistencias
En todas las células vivas, incluidas las bacterias, se producen mutaciones espontáneas del ADN. Algunas de estas mutaciones provocan resistencia a los antibióticos. Süel y sus colegas se centraron en los mecanismos fisiológicos relacionados con los ribosomas, las micromáquinas del interior de las células que desempeñan un papel clave en la síntesis de proteínas y la traducción de los mensajes genéticos.
Todas las células dependen de iones cargados, como los iones de magnesio, para sobrevivir. Los ribosomas dependen de estos iones, ya que este catión metálico contribuye a estabilizar su estructura y función. Sin embargo, la modelización a escala atómica realizada durante la nueva investigación descubrió que las variantes mutantes del ribosoma que confieren resistencia a los antibióticos compiten excesivamente por los iones de magnesio con las moléculas de trifosfato de adenosina (ATP), que proporcionan energía para impulsar las células vivas.
Los modelos matemáticos demostraron además que esto da lugar a un tira y afloja entre el ribosoma y el ATP por un suministro limitado de magnesio en la célula.
La imagen muestra los contornos de las células bacterianas con fluorescencia verde que destaca la falta de magnesio. Crédito: Ashley Moon, Süel Lab, UC San Diego
Al estudiar una variante del ribosoma del Bacillus subtilis denominada L22, los investigadores descubrieron que la competencia por el magnesio dificulta el crecimiento del L22 más que el de un ribosoma normal «de tipo salvaje» que no es resistente a los antibióticos. De ahí que la competencia suponga un peaje fisiológico vinculado a las bacterias mutantes con resistencia.
«Aunque a menudo pensamos en la resistencia a los antibióticos como una ventaja importante para que las bacterias sobrevivan, hemos descubierto que la capacidad de hacer frente a la limitación de magnesio en su entorno es más importante para la proliferación bacteriana», afirma Süel.
Esta debilidad recién descubierta puede utilizarse ahora como diana para contrarrestar la resistencia a los antibióticos sin utilizar fármacos ni sustancias químicas tóxicas. Por ejemplo, podría ser posible quelar los iones de magnesio del entorno bacteriano —un quelante es un compuesto químico que se une con firmeza a los iones metálicos—, lo que inhibiría selectivamente las cepas resistentes sin afectar a las bacterias de tipo salvaje que pueden ser beneficiosas para nuestra salud.
Un dispositivo bioelectrónico contra las superbacterias
«Demostramos que a través de una mejor comprensión de las propiedades moleculares y fisiológicas de las bacterias resistentes a los antibióticos, podemos encontrar formas novedosas de controlarlas sin el uso de fármacos», afirmó Süel.
El pasado mes de octubre, Süel y sus colegas de la Universidad de Chicago anunciaron otro enfoque para combatir la crisis sanitaria de las bacterias resistentes a los antibióticos. El desarrollo de un dispositivo bioelectrónico, que aprovecha la actividad eléctrica natural de ciertas bacterias que se encuentran en nuestra piel, allana el camino hacia otro enfoque sin fármacos para tratar las infecciones.
La OMS ha declarado que la resistencia a los antimicrobianos es una de las 10 principales amenazas de salud pública a las que se enfrenta la humanidad. Imagen generada con DALL-E
Se ha demostrado que este avance reduce los efectos nocivos del Staphylococcus epidermidis, una bacteria común conocida por causar infecciones hospitalarias y contribuir a la resistencia a los antibióticos. En ambos estudios, los investigadores utilizaron iones cargados para controlar las bacterias.
«Nos estamos quedando sin antibióticos eficaces, y su uso desenfrenado durante décadas ha provocado que los antibióticos se hayan extendido por todo el planeta, desde el Ártico hasta los océanos y nuestras aguas subterráneas —denuncia Süel. Y concluye—: Se necesitan alternativas sin fármacos para tratar las infecciones bacterianas y nuestros dos estudios más recientes demuestran cómo podemos, en efecto, lograr un control sin fármacos de las bacterias resistentes a los antibióticos». ▪️
Información facilitada por la Universidad de California en San Diego -Edición y adaptación: Enrique Coperías
Fuente: Eun Chae Moon et al. Physiological cost of antibiotic resistance: Insights from a ribosome variant in bacteria. Science Advances (2024). DOI: 10.1126/sciadv.adq5249
