Los antibióticos salvan vidas, pero su uso también ayuda a que las cepas resistentes a los antibióticos evolucionen y se propaguen. Cada año, las bacterias resistentes a los antibióticos infectan a unos 2.8 millones de personas en los Estados Unidos, matando a más de 35,000, según los Centros para el Control y la Prevención de Enfermedades yPrevención: las infecciones por bacterias resistentes a múltiples fármacos, o MDR, que son resistentes a dos o más antibióticos, son particularmente difíciles de tratar.
Los científicos de la Universidad de Washington y la Universidad de Idaho han descubierto con qué facilidad pueden emerger las bacterias MDR. En un artículo publicado el 6 de abril en Ecología y evolución de la naturaleza , los investigadores informan que, para un patógeno bacteriano que ya es resistente a un antibiótico, la exposición prolongada a ese antibiótico no solo aumentó su capacidad de retener su gen de resistencia, sino que también hizo que el patógeno recogiera más fácilmente y mantuviera la resistencia a un segundo antibióticoy convertirse en una cepa MDR.
Los experimentos del equipo indican que la exposición prolongada a un tipo de antibiótico esencialmente "cebó" a la bacteria. Este efecto de cebado hizo que fuera más probable que la bacteria adquiriera resistencia a antibióticos adicionales, incluso en ausencia de una mayor exposición a antibióticos, y ayudó acepa aferrarse a esos rasgos de resistencia a los antibióticos durante generaciones.
"La exposición a antibióticos parece seleccionar indirectamente para sistemas de resistencia a antibióticos más estables", dijo Benjamin Kerr, profesor de biología de la UW y coautor principal del artículo. "Un sistema más estable en una cepa aumentará las posibilidades de queadquirirá resistencia a múltiples antibióticos "
Sus hallazgos también muestran cómo la exposición a los antibióticos afecta la dinámica evolutiva dentro de las bacterias.
"Esto podría ayudar a explicar no solo el aumento de la resistencia a múltiples medicamentos en las bacterias, sino también cómo la resistencia a los antibióticos persiste y se propaga en el medio ambiente, en entornos de atención médica, en el suelo de la escorrentía agrícola, incluso mucho después de que la exposición a los antibióticos haya terminado", dijo la coautora principal Eva Top, profesora de biología en la Universidad de Idaho.
Los investigadores probaron un mecanismo común para la propagación de la resistencia a los antibióticos: los plásmidos. Estas son cadenas circulares de ADN que pueden contener muchos tipos de genes, incluidos los genes para la resistencia a los antibióticos. Las bacterias comparten fácilmente los plásmidos, incluso entre especies.
Sin embargo, los plásmidos tienen sus desventajas, y investigaciones anteriores han demostrado que las bacterias los eliminan fácilmente.
"Aunque pueden transportar genes beneficiosos, los plásmidos también pueden interferir con muchos tipos de procesos dentro de una célula bacteriana, como el metabolismo o la replicación del ADN", dijo la autora principal, Hannah Jordt, científica investigadora de la Universidad de Washington en biología ".En general, he pensado que los plásmidos son costosos y gravosos para la célula huésped ".
El equipo de UW-Universidad de Idaho trabajó con E. coli células que contienen un plásmido resistente a la tetraciclina y Klebsiella células de pneumoniae que contienen un plásmido resistente al cloranfenicol. Ambos hospedadores, que no habían sido cultivados en presencia de antibióticos antes, no mostraron una gran lealtad a sus plásmidos. Después de nueve días en un ambiente libre de antibióticos, la fracción de Klebsiella todavía alberga un plásmido reducido a menos del 50%. Para E. coli menos del 20% mantuvo su plásmido
Cuando los investigadores expusieron las cepas a antibióticos, creciendo cada una durante 400 generaciones en sus respectivos antibióticos, las cepas mostraron una mayor afinidad por sus plásmidos incluso después de que se levantó la amenaza antibiótica. Después de nueve días en un medio de crecimiento libre de antibióticos, más demedio de E. coli y Klebsiella células retenidas en su plásmido respectivo
"Por supuesto, las células necesitaban sus plásmidos para ayudarlas a sobrevivir a la exposición a los antibióticos. Pero incluso después de que eliminamos esa presión selectiva, ambas cepas retuvieron sus plásmidos a niveles significativamente más altos que antes de la exposición a los antibióticos", dijo Jordt.
Además, otros experimentos mostraron que la exposición a antibióticos aumentó la aparición de MDR Klebsiella . Incluso sin exposición a antibióticos, Klebsiella pneumoniae puede adquirir plásmidos múltiples. Por ejemplo, cuando los investigadores crecieron sin antibióticos Klebsiella y E. coli cepas que contienen plásmidos juntas, una pequeña fracción de Klebsiella se convirtió en MDR reteniendo su plásmido resistente a cloranfenicol y adquiriendo plásmidos resistentes a tetraciclina E. coli . Pero cuando los investigadores repitieron el experimento con bacterias expuestas a antibióticos, encontraron aproximadamente 1,000 veces más MDR Klebsiella .
La exposición prolongada previa a un solo antibiótico, el cloranfenicol, había aumentado la probabilidad de resistencia al cloranfenicol Klebsiella adquiriría el plásmido de resistencia a la tetraciclina de E. coli en un ambiente libre de antibióticos. Además, los experimentos del equipo también mostraron que, cuando las células MDR se cultivaron más tarde en un ambiente libre de antibióticos, se expuso al cloranfenicol Klebsiella más fácilmente retenido en ambos plásmidos de resistencia.
La evolución puede explicar tanto la persistencia de los plásmidos resistentes a antibióticos como el aumento de MDR en Klebsiella , dicen los investigadores: exponer las cepas a sus respectivos antibióticos seleccionados para mutaciones en sus genomas para minimizar el choque entre el plásmido y el huésped, lo que hace que sea menos costoso mantener ese plásmido y otros.
"Creemos que al estabilizar un plásmido, estas mutaciones los hacen más propensos a estabilizar los plásmidos adquiridos adicionalmente", dijo Kerr.
Experimentos adicionales pueden identificar las mutaciones específicas que ayudaron E. coli y Klebsiella mantener sus plásmidos y por qué Klebsiella fue más capaz de convertirse en una cepa MDR que E. coli . Aunque la exposición a antibióticos crea una presión selectiva para mantener los plásmidos y adquirir otros nuevos, todavía existe una variación generalizada en cómo las diferentes especies mantienen, comparten y reciben plásmidos.
"Hay muchos, muchos detalles que se resolverán en el futuro", dijo Top. "Pero lo que vemos aquí es que incluso la exposición a corto plazo a un solo antibiótico acelera el desarrollo de resistencia a múltiples fármacos, lo que debería darnos una pausaa medida que usamos estos medicamentos en el cuidado de la salud, la agricultura y otros entornos "
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Materiales proporcionado por Universidad de Washington . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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