Cuando los primeros antibióticos estuvieron disponibles hace 70 años, a menudo se los describía como milagros del ingenio humano, más bien como plásticos o tintes permanentes brillantes, que se descubrieron aproximadamente al mismo tiempo. Empaquetados en viales o píldoras, parecían nuestros inventosmás bien un regalo casual de evolución y uno que la evolución también podría rescindir.
Y así lo demostró. Al principio, las poblaciones bacterianas expresaron solo bajos niveles de resistencia a los antibióticos. Pero pronto, los microbios mostraron resistencia a cada antibiótico nuevo a los pocos años de su introducción. Hoy, mientras los científicos buscan reemplazos para nuestro stock en disminuciónde antibióticos, la evolución nunca está lejos de sus mentes.
Dado el fracaso de la tubería para los antibióticos convencionales, los científicos han estado analizando el potencial de matar bacterias de otras clases de compuestos. Por lo general, estos se facturan, al menos inicialmente, como menos propensos a provocar resistencia.
¿Pero son realmente?
Un grupo de compuestos nuevamente en las noticias son las bacteriocinas, péptidos antimicrobianos potentes trozos de proteínas que las bacterias secretan que matan a las bacterias estrechamente relacionadas. Fueron objeto de la investigación doctoral de R. Fredrik Inglis en el laboratorio de Angus Buckling enla Universidad de Oxford en el Reino Unido
"Cuando la gente nuevamente comenzó a proponer bacteriocinas como nuevas terapias, nos preguntamos si podrían desarrollar resistencia", dijo Inglis, quien ahora es científico investigador en la Universidad de Washington en St. Louis.
Para descubrirlo, él y sus colegas realizaron un "experimento de evolución", cultivando una cepa de bacterias sensibles a una bacteriocina en presencia de una cepa que produce la bacteriocina pero que es inmune a ella. Al transferir repetidamente las bacterias al crecimiento frescomedios de comunicación, pudieron seguir a la bacteria durante aproximadamente 70 generaciones.
Sus resultados, publicados el 26 de febrero en la edición en línea de ISME Journal, la revista de la Sociedad Internacional de Ecología Microbiana mostró que esta bacteriocina no es a prueba de resistencia, pero que las cepas que se volvieron resistentes a ella también se debilitaron, dijo Inglis.
Inglis atribuye este éxito al hecho de que la bacteriocina se dirige a un receptor en la superficie celular de la bacteria que es esencial para su supervivencia. Esto reduce la posibilidad de que evolucione la resistencia, o al menos la hace extremadamente costosa en muchos entornos naturales.
Debido a que son específicos de cepas particulares de bacterias, las bacteriocinas no reemplazarán a los antibióticos generales, pero podrían usarse para atacar cepas de bacterias resistentes a múltiples fármacos o altamente virulentas.
¿Te gustaría un poco de hierro con eso?
La bacteria estaba Pseudomonas aeruginosa , un patógeno resistente a múltiples fármacos prototípico que sirve como organismo modelo en el laboratorio de Buckling. Una vez limitado a las quemaduras, P. aeruginosa ahora causa infecciones graves adquiridas en el hospital e infecciones pulmonares persistentes en pacientes con fibrosis quística.
la mayoría P. aeruginosa producen bacteriocinas llamadas piocinas, típicamente varias de ellas. La cepa en este experimento produjo tres, dos de las cuales tienen estructuras en forma de varilla y una tercera, llamada piocina de tipo S que es soluble y desaparece en los líquidos.
Los científicos sabían que la piocina tipo S, que mata al degradar el ADN, tenía que ingresar bacterias para matarlas. También sabían que ingresaba a las bacterias al escabullirse a través de los receptores de sideróforos.
Los receptores sideróforos son el equivalente bacteriano del talón de Aquiles. Al igual que todos los organismos vivos, las bacterias necesitan hierro, un elemento que intercambia electrones fácilmente, para llevar a cabo el negocio de la vida. El hierro es uno de los elementos más abundantes en el planeta, pero muy pocoestá en una forma soluble que las bacterias y otros seres vivos pueden usar.
Esto es particularmente cierto dentro del cuerpo humano, donde el hierro está oculto en las células y en las grandes proteínas de unión al hierro como primera línea de defensa contra la infección. Por lo tanto, para obtener suficiente hierro para sobrevivir, las bacterias secretan pequeñas moléculas llamadas sideróforos para buscar hierroen el medio ambiente y llevarlo de vuelta a la célula a través de receptores específicos de sideróforos.
Dado que las bacterias producen más de estos receptores en condiciones pobres en hierro, Inglis y sus colegas realizaron dos conjuntos de experimentos: uno en medios ricos en hierro y el otro en medios pobres en hierro.
Cuando el hierro estaba disponible gratuitamente, las bacterias no necesitaban que los receptores de sideróforos y la resistencia a la piocina evolucionaran fácil y frecuentemente. "Hemos replicado poblaciones en evolución y la mayoría de ellas desarrollaron resistencia", dijo Inglis.
Cuando el hierro era limitante, las bacterias tenían que expresar los receptores para sobrevivir. La resistencia a la piocina no evolucionó muy a menudo y, cuando lo hizo, las bacterias resistentes crecieron muy lentamente. Por lo tanto, la resistencia era costosa en el ambiente pobre en hierro.
Para probar las bacterias resistentes más lejos, los científicos tomaron bacterias que habían desarrollado resistencia en condiciones ricas en hierro y las transfirieron a las pobres en hierro. Aunque la resistencia evolucionó fácilmente en condiciones ricas en hierro, lo que sugiere que las bacterias resistentes no eranen una desventaja competitiva, cuando las bacterias resistentes estaban bajo limitación de hierro, crecieron pobremente.
¿Por qué podría ser esto importante? En el ambiente pobre en hierro del cuerpo humano, donde la concentración de hierro es de aproximadamente un átomo por 1.6 litros de sangre, inicialmente susceptible P. aeruginosa podría tener dificultades para desarrollar resistencia a la piocina y resistente P. aeruginosa podría crecer tan lentamente que el sistema inmunitario podría eliminarlos, dijo Inglis.
Tomando las bacterias en serio
El experimento de resistencia a la piocina es parte de una reconsideración más amplia de las bacterias, no solo como una amenaza para nuestra salud, sino también como organismos por derecho propio, con su propia ecología e historias evolutivas.
En retrospectiva, es algo extraño que nadie en la era dorada de los antibióticos cuestionara por qué las bacterias del suelo producen medicamentos para enfermedades humanas.
La explicación habitual era que las bacterias del suelo son ferozmente competitivas, que continuamente luchan por vivir en el suelo bajo nuestros pies y que los antibióticos son un feliz efecto secundario de esta batalla microbiana en curso.
Alentados por el aumento de la resistencia, los científicos no están seguros de que esta suposición básica sea completamente cierta, en parte porque las concentraciones de compuestos antibióticos en ambientes naturales son tan bajas que no se pueden detectar.
Algunos han propuesto que los antibióticos son moléculas de señalización intercelular y que tanto los organismos productores como los receptores pueden haber desarrollado enzimas que desactivaron los antibióticos resistencia para apagar la señal.
Otros, incluyendo Gautam Dantas de la Universidad de Washington, profesor asistente de patología e inmunología en la Facultad de Medicina, han sugerido que los antibióticos podrían servir a las bacterias del suelo como fuentes de carbono y nitrógeno; en este caso, la inactivación resistencia es realmente solo digestión.
Inglis mismo ha hecho una sugerencia intrigante. Quizás las bacteriocinas, si no antibióticos, existen para ayudar a las bacterias, sino para asegurar su propia supervivencia. En un experimento publicado en 2013, Inglis y sus colegas demostraron que las bacteriocinas pueden actuar principalmente como elementos genéticos egoístaspromoviendo su propia transmisión en la población.
La resistencia a los antibióticos se ve muy diferente desde el punto de vista bacteriano que desde el nuestro.
¿Cuál es la diferencia entre los antibióticos y las bactericinas? La respuesta canónica, dijo el biólogo R. Fredrik Inglis, es que los antibióticos matan un amplio espectro de bacterias; podrían, por ejemplo, matar todas las bacterias gramnegativas susceptibles, pero las bacteriocinasson agentes de espectro estrecho que inhiben el crecimiento de cepas bacterianas estrechamente relacionadas.
La producción de antibióticos no es muy común entre las bacterias. Los antibióticos desarrollados como fármacos fueron producidos por menos de 100 especies bacterianas y casi el 50 por ciento de ellas por un solo género bacteriano Streptomyces . En contraste, el 99.9 por ciento de las bacterias producen bacteriocinas.
Pero Inglis dijo que ambos términos son básicamente artefactos históricos que no definen una clase de compuestos o su función natural, solo su aplicación.
"'Bacteriocina' es un término general que describe cosas diferentes funcional y estructuralmente", dijo. "Algunas bacteriocinas hacen agujeros en la membrana celular, algunas degradan el ADN. Tienen orígenes evolutivos completamente separados. No son ello mismo, pero matan las bacterias, por eso las llamamos bacteriocinas ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Washington en St. Louis . Original escrito por Diana Lutz. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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