Un peligroso experimento a escala global. Selección de bacterias multi-resistentes a antibióticos

Dr. Pablo Vinuesa Fleischmann

Investigador titular del Programa de Ingeniería Genómica, en el Centro de Ciencias Genómicas, Campus Morelos de la UNAM.

Vivimos en el Antropoceno, el periodo geológico más reciente de la Tierra, caracterizado por el dramático impacto global de nuestra especie sobre el planeta. Es tan intenso, que es visible y medible desde el espacio exterior. El Antropoceno inició hace unos 10,000 años, periodo en el que hemos alterado significativamente la distribución y abundancia de especies biológicas a escala planetaria. Provocamos el mayor episodio de extinción masiva registrado, conocida como la extinción del Antropoceno, o sexta extinción masiva. Paralelamente, hemos promovido la expansión de unas pocas especies domesticadas, invasoras y ciertas plagas.

El impacto humano alcanza también de lleno al mundo microbiano. Desde los años treinta del siglo pasado hemos venido sometiendo a las bacterias asociadas a humanos, animales y plantas, a episodios cíclicos de extinción masiva por el uso desmedido y a gran escala de antibióticos. Estos matan o inhiben el crecimiento de las bacterias, pero éstas pueden desarrollar y adquirir diversos mecanismos de resistencia, volviéndose inmunes a su efecto.

La selección y proliferación de bacterias patógenas resistentes es uno de los ejemplos más claros de evolución por selección natural. Actualmente, el 80% de las infecciones severas adquiridas en los hospitales son causadas por especies de bacterias oportunistas de amplia distribución ambiental. La prevalencia de estas bacterias en la clínica ha aumentado constantemente debido al incremento en su perfil de resistencia a un número creciente de antibióticos, llegando a ser bacterias multidroga-resistentes (MDR; resistentes a múltiples antibióticos). En el año 2014, la Organización Mundial de la Salud anunció oficialmente que vivimos ya en la era post-antibióticos, en la que muchas infecciones bacterianas son intratables, debido a su alta resistencia a los antimicrobianos.

Las bacterias adquieren la resistencia a antibióticos a través de mutaciones en el ADN y/o por la ganancia de genes específicos de resistencia. En ambos casos, ésta se puede pasar de una bacteria a otra por medio de diferentes mecanismos de transferencia del ADN que poseen. A mayor uso de los antibióticos, mayor es la presión de selección de bacterias resistentes a ellos. Sólo en EU se comercializan actualmente cerca de 18,000 toneladas métricas de antibióticos al año. El 80 % de éstos son usados en el tratamiento profiláctico y engorda de animales de granja, promoviendo fuertemente la selección de bacterias MDR. La contaminación del ambiente con las aguas residuales, enriquecida en bacterias fecales multi-resistentes de humanos y animales, ha contribuido a la diseminación a gran escala de estas bacterias y de los genes que confieren dicha resistencia.

Actualmente existen poderosas tecnologías que permiten determinar la secuencia completa de los genomas de los microorganismos. Con ellas se puede determinar el catálogo completo de genes de una bacteria específica o de comunidades bacterianas enteras (llamados estudios metagenómicos), permitiendo el análisis comparativo de su diversidad genética. Estos análisis genómicos han identificado un gran número de factores genéticos que determinan la resistencia a los antibióticos. La secuenciación de metagenomas, así como experimentos de clonación y expresión de ADN ambiental de lugares prístinos, no tocados por el hombre, como suelos congelados de Siberia de más de 10,000 años de antigüedad, o cuevas aisladas por más de 2 millones de años, demuestran que el resistoma ambiental es muy antiguo y diverso, conteniendo genes que confieren resistencia a antibióticos de las principales familias de uso clínico, como beta-lactámicos, tetraciclinas, aminoglucósidos y sulfonamidas, entre otros. No obstante, hay clara evidencia del acúmulo de una mayor cantidad y diversidad de genes de resistencia de relevancia clínica en secuencias históricas de suelos, que van de la era pre-antibióticos a la actual (1). Ello se debe a la contaminación ambiental con residuos fecales. También es contundente la evidencia del enriquecimiento en genes de resistencia en bacterias intestinales de humanos de urbes modernas y animales de granja, con respecto a fauna silvestre o poblaciones humanas no expuestas a los antibióticos (2).

Los genes de resistencia a antibióticos frecuentemente están ligados a elementos genéticos móviles (EGMs), como los denominados plásmidos (secuencia de ADN que pueden replicarse de manera independiente del genoma), integrones (elementos capaces de capturar, integrar y expresar material genético exógeno de manera eficiente), transposones (secuencia de ADN que puede moverse a diferentes partes del genoma de la célula), elementos conjugativos e integrativos y fagos (virus que infectan bacterias y pueden integrarse al genoma del huésped), los cuales se transfieren entre las bacterias (3). Muchos EGMs portan diversos genes que confieren resistencia a múltiples clases de antibióticos, confiriendo por tanto un fenotipo de multi-resistencia a la bacteria que los porta o adquiere.

El uso desmedido de los antibióticos, combinado con la fácil transferencia genética de la resistencia, han acelerado enormemente la evolución de la resistencia a antimicrobianos, precipitándonos de lleno a la era post-antibióticos del Antropoceno.

Referencias

  1. Graham, D. W., Knapp, C. W., Christensen, B. T., McCluskey, S., and Dolfing, J. (2016), Appearance of β-lactam Resistance Genes in Agricultural Soils and Clinical Isolates over the 20th Century. Scientific Reports, 6, 21550. doi:10.1038/srep21550.
  2. Pal, C., Bengtsson-Palme, J., Kristiansson, E., and Larsson, D. G. J. (2016), The structure and diversity of human, animal and environmental resistomes. Microbiome 4, 54. doi:10.1186/s40168-016- 0199-5.
  3. Partridge, S. R., Kwong, S. M., Firth, N., and Jensen, S. O. (2018), Mobile Genetic Elements Associated with Antimicrobial Resistance. Clinical Microbiology, Reviews, 31. doi:10.1128/ CMR.00088-17

Fuente: Revista Tecnología en Movimiento

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