Se ha identificado en las bacterias que tienen importantes implicaciones para el tratamiento con antibióticos y las cepas resistentes.

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Fuente: Universidad Hebrea de Jerusalem

Por lo tanto, es fácil olvidar que también hay muchos tipos de bacterias que amenazan la salud humana; nuestra supervivencia depende de la búsqueda constante de nuevos antibióticos que puedan destruirlas. La investigación reciente proporciona una visión importante de la compleja respuesta de las bacterias a los antibióticos y abre la posibilidad de desarrollar una clase de fármacos nueva y más eficaz para combatir las principales enfermedades bacterianas.

Los antibióticos se dividen en dos categorías: medicamentos bactericidas que matan las bacterias y los que son bacteriostáticos. Esto último interrumpe el funcionamiento normal de las bacterias para que ya no puedan multiplicarse, dejando que nuestro sistema inmunológico proporcione el último golpe letal. Ambos antibióticos empujan a las bacterias a un estado cercano a la muerte antes de su eliminación final. Bajo este estrés que amenaza la vida, según una investigación de la Universidad Hebrea de Jerusalén (HU), dirigida por la profesora Nathalie Q. Balaban y el estudiante de doctorado Yoav Kaplan, las bacterias entran en un estado “alterado” cuando funcionan de manera muy diferente a las bacterias normales. Los descubrimientos revolucionarios se publicaron en Nature.

Cuando se elimina el estrés, las bacterias no se desvanecen y mueren, sino que finalmente se recuperan y se reproducen, y cada célula individual se comporta de manera diferente a sus células vecinas genéticamente idénticas. Mientras están en el estado “interrumpido”, las bacterias no responden a nuestro arsenal actual de antibióticos, que solo han sido diseñados para tratar bacterias en su estado normal. “Las bacterias en estado alterado requieren un tratamiento diferente al de nuestro arsenal actual de antibióticos”, compartió Balaban. “Ahora estamos comenzando a investigar nuevos agentes farmacológicos que pueden derrotar a las bacterias durante el estado alterado”.

Si bien las bacterias son organismos unicelulares, son extraordinariamente complejas. Como las células individuales dentro de cualquier organismo, son capaces de autorregularse cuando se someten a diversas tensiones. Por ejemplo, si aumenta la temperatura, las bacterias producirán proteínas que protegen a la célula del calor. Restrinja su ingesta de nutrientes y las células se adaptarán para que la célula pueda sobrevivir y volver a crecer cuando los nutrientes estén disponibles. Muchas de estas respuestas se han analizado y se conocen bien los mecanismos adoptados por la célula. Sin embargo, cuando el estrés es repentino y severo, estas respuestas no se activan y los mecanismos que controlan el comportamiento de las células siguen siendo un misterio.

El equipo de Balaban había demostrado anteriormente que una subpoblación de bacterias entrará en un estado de congelación o inactividad cuando se someta a la inanición y, finalmente, en un entorno rico en nutrientes, se recuperará por completo y volverá a crecer. Estas bacterias “persistentes” son muy diferentes de las bacterias “resistentes”, que han desarrollado una mutación genética que les impide sucumbir a un antibiótico en particular. Además, a pesar de una extensa investigación, no existe una comprensión clara de los mecanismos que controlan la persistencia.

Para desarrollar un modelo que pueda predecir el comportamiento de las bacterias que experimentan condiciones dramáticas cercanas a la muerte, el equipo de Balaban investigó el comportamiento de las células individuales de una cepa de E. coli, una bacteria comúnmente utilizada en el trabajo experimental de laboratorio. Las variantes salvajes de esta bacteria pueden causar infecciones gastrointestinales graves con complicaciones potencialmente mortales. A las células prósperas se les administró una dosis de una sustancia química (SHX) que inmediatamente induce la inanición. Este estrés agudo, como una gran dosis de antibióticos, no permite que las células pongan en marcha una respuesta adaptativa.

El SHX se aplicó durante diferentes períodos de tiempo en experimentos separados. Después de la retirada de SHX, se observó la recuperación de células individuales. No todas las células se recuperaron al mismo ritmo, lo que cabría esperar en células genéticamente idénticas. En cambio, algunas células se recuperaron rápidamente, en una hora, mientras que otras tardaron mucho más, a veces hasta un día. El tiempo de recuperación también dependió de cuánto tiempo se aplicó la dosis inicial de SHX, aunque hubo una dosis máxima más allá de la cual cualquier aumento en el tiempo de aplicación de SHX no tuvo efecto sobre los tiempos de recuperación de las células bacterianas.

Balaban explicó que “esto sugirió que las bacterias mantengan un recuerdo de la exposición total a SHX”. Las tasas de recuperación mostraron claramente que el proceso no fue aleatorio. De hecho, parecían similares a las tasas observadas en ciertos procesos físicos que muestran recuperación después de que se ha eliminado un estrés externo, como se ve, por ejemplo, en algunos plásticos. Mediante el uso de esta analogía, el grupo Balaban, junto con el profesor de HU Oded Agam, un experto en física estadística, pudieron modelar el estado alterado y predecir el comportamiento de poblaciones de células en este estado. Es importante destacar que este modelo permite predecir cómo responderá una población bacteriana a un tratamiento con antibióticos.