Los ingenieros biomédicos de la Universidad de Duke han demostrado que al menos el 25 por ciento de las bacterias patógenas resistentes a los antibióticos que se encuentran en entornos clínicos son capaces de propagar su resistencia directamente a otras bacterias. Al mismo tiempo, el estudio muestra que, a pesar de las creencias comunes, elEl uso de antibióticos no afecta significativamente la velocidad a la que los genes responsables de la resistencia se intercambian entre las bacterias.
Los investigadores utilizaron un nuevo método de alto rendimiento para medir la velocidad a la que las bacterias intercambian los paquetes de ADN que otorgan resistencia. La velocidad y la capacidad de automatizar gran parte del proceso podrían permitir nuevas ideas sobre qué variables afectan las tasas de transferencia. Tales esfuerzos podríanayudar a los médicos a frenar, o incluso a revertir, la propagación de la resistencia en ciertos patógenos humanos.
Los resultados aparecen en línea el 24 de enero en la revista Avances científicos .
"Nuestra investigación anterior mostró que los antibióticos no afectan la velocidad a la que las bacterias transmiten su resistencia directamente a su comunidad en cepas de laboratorio de E. coli", dijo Lingchong You, profesor de ingeniería biomédica en Duke. "Pero queríamos versi esto también es cierto para las cepas clínicas de agentes patógenos que realmente existen en el mundo "
Cada patógeno resistente a los antibióticos lleva una receta genética para su resistencia. Pero al igual que las galletas con chispas de chocolate, no todas las recetas son iguales, y no todas son fáciles de enseñar a otros. Sin embargo, una forma de transferir resistencia es para esoreceta genética para ser escrita cuidadosamente en un tipo de libro compartible llamado plásmido, que luego es recogido y leído por una bacteria vecina a través de un proceso llamado conjugación.
A medida que la resistencia a los antibióticos crece en todo el mundo, los científicos están tratando de descubrir cómo evitar que se propague. Pero debido a que muchos antibióticos provienen de fuentes naturales, sería imposible eliminar por completo la resistencia en la naturaleza, lo que significa que haysiempre habrá depósitos de bacterias llenos de libros de recetas para la resistencia.
"Entonces, el verdadero problema es la resistencia que se está convirtiendo en patógenos que dañan a los humanos", dijo Jonathan Bethke, un estudiante de doctorado que trabaja en el laboratorio de You y primer autor del nuevo artículo. "Estamos buscando obtener una buena comprensión dequé factores afectan su tasa de conjugación, porque si puede ralentizar ese proceso lo suficiente, los plásmidos que llevan los genes de resistencia pueden caerse de una población ".
Sin embargo, uno de los principales desafíos para lograrlo es el método clásico de medir la tasa de conjugación de plásmidos. Además de ser laboriosos, los investigadores deben esperar 16 horas para que crezca una nueva generación de bacterias en las placas de Petri antes de que puedan obtener los resultadosEsta restricción hace que este enfoque sea difícil de usar cuando se trata con cientos de cepas bacterianas y docenas de variables modificables.
En lugar de tomar años para terminar el experimento, Bethke y Allison Lopatkin, una ex estudiante graduada en el laboratorio de You que ahora es profesora asistente en el Barnard College, desarrolló un método que utiliza maquinaria automatizada y toma solo cinco horas para entregar resultados.implica mezclar dos cepas de bacterias: una cepa donante con resistencia a un antibiótico que se puede compartir a través de la conjugación de plásmidos y una cepa receptora con resistencia a un antibiótico diferente que no se puede compartir.
Después de dejar que las cepas se mezclen y el proceso de conjugación del plásmido tenga lugar durante un período determinado, la mezcla bacteriana se transfiere a viales que contienen nutrientes y ambos antibióticos. Esto promueve el crecimiento de las bacterias receptoras que han recibido con éxito los plásmidos del donante pararesistencia mientras se atrofia el crecimiento de todo el resto. Los investigadores luego esperan para ver cuánto tiempo tarda la población de doble resistencia en alcanzar un cierto umbral, que indica cuántos había para empezar.
"Este método abre la capacidad de probar muchas más drogas o factores ambientales para ver cómo influyen en la tasa de conjugación de plásmidos", dijo Bethke. "También nos permitirá determinar si hay algún tipo de determinante genético que está jugandoun mayor papel en términos de la tasa de transferencia "
Usted y Bethke colaboraron con Joshua Thaden, profesor asistente de medicina en Duke, y Vance Fowler, profesor de medicina en Duke, para obtener 219 aislamientos clínicos de patógenos, errores encontrados en pacientes reales. Todos tenían resistencia a la beta-lactamasa,la forma más común de antibiótico en uso hoy en día. Al medir la tasa de conjugación de plásmidos con y sin antibióticos beta-lactamasas presentes, mostraron que, a excepción de un caso atípico, estos antibióticos no aumentan la tasa de resistencia compartida. También descubrieronque más del 25 por ciento de las cepas estudiadas son capaces de compartir su resistencia a tasas lo suficientemente rápidas como para detectarlas.
"Nos sorprendió descubrir que era tan alto", dijo You. "Y, por supuesto, los antibióticos promueven la propagación de la resistencia, pero nuestro estudio indica que es principalmente a través de una dinámica de población selectiva en lugar de a través de una mayor tasa de plásmidoconjugación."
Los investigadores también examinaron cómo las ligeras variaciones en la genética de los plásmidos de resistencia afectan su tasa de conjugación. Trabajando con el laboratorio de Minfeng Xiao en BGI Genomics en Shenzhen, China, el equipo secuenciaron los plásmidos y analizaron su ADN. Luego clasificaron los plásmidosen "grupos de movilidad" en función de cómo saltan entre las células y "grupos de incompatibilidad" en función de cómo se replican. Para sorpresa de los investigadores, descubrieron que si bien solo había dos grupos de movilidad presentes en su biblioteca de muestras, ninguno de los cuales afectóla tasa de conjugación, había siete grupos de incompatibilidad, y afectaron mucho la tasa de conjugación.
"Este es un descubrimiento preliminar pero potencialmente importante porque estas dos clasificaciones son genéticas, lo que las hace fáciles de identificar", dijo Bethke. "Si podemos comenzar a construir una biblioteca de marcadores genéticos que indiquen la capacidad de un patógeno para propagar sues probable que exista resistencia directa a sus vecinos, entonces podemos comenzar a hacer grandes predicciones sobre cosas como las redes horizontales de transferencia de genes y tal vez comenzar a comprender cómo evolucionan las bacterias a través de este proceso en general ".
"Dicha biblioteca también tendría implicaciones directas sobre la forma en que los médicos usan antibióticos en el campo", dijo You. "Este conocimiento ayudaría a los médicos a tomar decisiones específicas para el paciente sobre si administrar o no antibióticos".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Duke . Original escrito por Ken Kingery. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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