Las personas que viven con fibrosis quística FQ pasan toda su vida luchando contra las infecciones pulmonares crónicas que son notoriamente resistentes a la terapia con antibióticos. Sin embargo, un enfoque único para eliminar la bacteria causante puede no ser el mejor enfoque para todos los pacientescon la enfermedad, según un nuevo estudio realizado por investigadores de la Facultad de Medicina de la Universidad de California en San Diego y la Facultad de Farmacia y Ciencias Farmacéuticas de Skaggs.
En cambio, los investigadores descubrieron que ajustar otros factores en un modelo de pulmón con FQ, como el equilibrio del pH y el oxígeno, ayudó a erradicar las bacterias patógenas mientras minimizaba los riesgos de resistencia a los antibióticos y el crecimiento excesivo de otros microorganismos.
El estudio se publica el 26 de septiembre en Avances científicos .
"Pensamos que los antibióticos causan una 'tierra quemada', simplemente limpiando una porción desconocida de las bacterias sanas y con suerte las malas. Pero en realidad no tenemos una buena comprensión de lo que le sucede a su microbiota cuando las personas toman antibióticos, ambos sanospersonas y personas con fibrosis quística ", dijo Pieter Dorrestein, PhD, profesor de la Facultad de Farmacia y Ciencias Farmacéuticas de Skaggs y departamentos de Farmacología y Pediatría en la Facultad de Medicina y líder de la facultad en el Centro de Innovación de Microbiomas de la Universidad de California en San Diego. Dorresteindirigió el estudio con Robert Quinn, PhD, quien era científico asistente de proyectos en UC San Diego en el momento del estudio y ahora es profesor asistente en la Universidad Estatal de Michigan.
Debido al defecto genético que subyace a la FQ, se acumula un moco espeso y pegajoso en los pulmones de los pacientes con FQ. El moco ayuda a los microorganismos a prosperar. Una bacteria especialmente problemática Pseudomonas aeruginosa , también forma una biopelícula en el pulmón, que es difícil de penetrar para el sistema inmunitario y los antibióticos. Estas infecciones pulmonares son un problema grave y crónico para muchas personas que viven con FQ. Actualmente, las infecciones se manejan en gran medida mediante ensayos y-error con una combinación de antibióticos, antifúngicos y moléculas antiinflamatorias.
"Es sorprendente pensar que el manejo de la enfermedad por parte de médicos expertos que no somos nosotros en gran medida a través de prueba y error ha aumentado la vida útil promedio de las personas con fibrosis quística de dos años en la década de 1930 a unos 45 años en los EE. UU. Y55 años en Canadá, y sin embargo, tenemos una comprensión limitada de cómo dichos tratamientos afectan a las comunidades microbianas que viven dentro de las personas con fibrosis quística ", dijo Dorrestein.
En la investigación biomédica, los científicos suelen estudiar las infecciones bacterianas mediante el análisis de un tipo específico de bacteria, como por ejemplo P. aeruginosa y tal vez sus interacciones con las células humanas. Pero el antecedente de Quinn es en microbiología ambiental. Observa el pulmón de la FQ en su conjunto, viviendo en un entorno único en el que una bacteria en particular no opera sola, sino que interactúa con otros microbiosen la comunidad, las células humanas que forman el pulmón, así como otras moléculas, productos químicos y metabolitos, y todo lo cual se comporta como un ecosistema.
Quinn se acercó a los pulmones como lo haría con cualquier otro entorno, como el suelo o el agua del océano. Desarrolló un sistema que llama WinCF, llamado en parte por el ecólogo microbiano del siglo XIX Sergei Winogradsky. Winogradsky inventó un sistema de gradiente para estudiar microbios en el sueloDel mismo modo, el sistema WinCF de Quinn proporciona gradientes de pH y oxígeno que imitan los tubos estrechos que forman los bronquiolos pulmonares humanos.
Quinn y el equipo recolectaron muestras de esputo de 18 pacientes con fibrosis quística y las aplicaron al sistema WinCF en su laboratorio. Luego alteraron factores como el pH, los niveles de oxígeno y los antibióticos para mapear aproximadamente 600 afecciones pulmonares de fibrosis quística diferentes.
Como resultado de estos gradientes de pH y oxígeno, los investigadores encontraron que los microbios en los pulmones con FQ se dividen en dos comunidades distintas: 1 patógenos conocidos, microbios que pueden causar problemas de salud, vivir en regiones ricas en oxígeno y pH alto y 2 anaerobios, microbios que prosperan en áreas bajas en oxígeno y bajo pH.
"Esta estratificación es importante porque puede afectar los tratamientos para pacientes con fibrosis quística", dijo Quinn. "Por ejemplo, ciertas bacterias pueden sobrevivir al tratamiento con antibióticos porque pueden esconderse más profundamente en el moco pulmonar. Mientras tanto, las bacterias que se eliminan pueden abrirseespacio para que crezcan otros microbios, lo que podría crear un nuevo conjunto de problemas "
Eso es lo que vieron los investigadores cuando agregaron el anti P. aeruginosa antibiótico tobramicina en la parte superior del cultivo en su modelo WinCF, simulando la inhalación en una vía aérea con bronquiolos con mucosidad, como ocurre en la fibrosis quística. El antibiótico causó cambios drásticos en la composición microbiana del sistema. Algunas especies bacterianas murieron en todosregiones de la columna, algunas mueren en las capas más altas, más ricas en oxígeno, pero sobrevivieron a profundidades más bajas, mientras que otras especies continuaron prosperando en la profundidad más baja. Quinn dijo que estaba especialmente sorprendido de ver floraciones de Aspergillus los hongos surgen en las regiones anteriormente ocupadas por la bacteria muerta. La aspergilosis, la infección causada por este hongo, no es infrecuente en pacientes con fibrosis quística tratados con antibióticos.
El antibiótico no solo cambió el equilibrio microbiano en el modelo pulmonar de fibrosis quística, sino que la estructura química del antibiótico fue modificada por los microbios. Esta alteración podría ayudar a las bacterias a resistir su efecto.
"Los antibióticos alteran la estructura general y las relaciones en una comunidad dinámica, y no siempre de una manera beneficiosa para el paciente", dijo Quinn. "Todavía no conocemos las 'reglas' para inclinar la balanza a favor de unequilibrio microbiano beneficioso "
En contraste, cuando los investigadores simplemente redujeron el pH del moco de fibrosis quística en el sistema WinCF en una unidad, la composición bacteriana de la muestra cambió del 70 por ciento P. aeruginosa a esencialmente ninguna de esas bacterias particularmente problemáticas.
"Puede ser que en algunos casos los antibióticos no sean tan efectivos como ese simple cambio de pH que sugiere nuestro experimento de laboratorio, algo que vale la pena explorar clínicamente", dijo Dorrestein.
Para ser claros, el modelo WinCF no es una réplica perfecta de los pulmones humanos de fibrosis quística. No contiene células humanas o componentes del sistema inmunitario que también ayudarían a dar forma a la composición microbiana de la vida real de los pulmones de una persona.
Por lo tanto, aunque este sistema aún no debe usarse para influir en la atención del paciente, Dorrestein dijo que el objetivo final es una clínica de "atención de precisión" para pacientes con fibrosis quística. En este escenario, los médicos y técnicos podrían analizar rápidamente el esputo de cada paciente parapatrones moleculares y microbianos únicos y probar diferentes combinaciones de opciones de tratamiento en el laboratorio - cambio de pH, niveles de oxígeno, antibióticos - antes de prescribirlos al paciente.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionados por Universidad de California - San Diego . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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