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¿Cómo matan los científicos las bacterias que ellos mismos hicieron resistentes?

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Estaba leyendo este artículo sobre la investigación de la resistencia de las bacterias a la plata mediante la eliminación de algunos de sus genes.

Luego, los investigadores utilizaron un software de "puntuación de colonias" para medir las diferencias en el crecimiento y tamaño de la colonia bacteriana de cada placa. Las cepas de E. coli con genes eliminados involucrados en la producción de sensibilidad o toxicidad a la plata desarrollaron colonias más grandes. Las cepas con genes eliminados involucrados con la resistencia desarrollaron colonias más pequeñas.

Una vez que termine con algunas bacterias resistentes y haya terminado de investigarlas, no puede simplemente tirarlas por el inodoro. ¿Cómo se deshace de esos placas de colonia de una manera que garantice que esas bacterias no salgan a la naturaleza y se reproduzcan?


Tiene toda la razón, tirar por el inodoro (o el lavabo) o simplemente tirarlos a la basura normal no funciona por razones de bioseguridad. Y tampoco está permitido, dependiendo del país en el que lo haría, esto puede dar lugar a fuertes multas.

Los desechos de laboratorio contaminados biológicamente se pueden inactivar (= todos los organismos potencialmente peligrosos se destruyen) de dos maneras: ya sea por calor o químicamente. De qué forma se usa, depende del tipo de desperdicio.

La forma más utilizada es el autoclave, lo que significa tratar los desechos con vapor a altas temperaturas a mayor presión. La temperatura utilizada aquí suele ser de 121 ° C, el tiempo de exposición depende del volumen de los desechos, ya que la temperatura debe alcanzarse y mantenerse durante al menos 20 minutos. Consulte las referencias para obtener más detalles.

Los desechos líquidos (como los medios de cultivo) también se pueden inactivar químicamente agregando blanqueador con cloro para descomponer las células. También se puede utilizar lejía para descontaminar superficies, aunque aquí se utilizan con mayor frecuencia soluciones alcohólicas (etanol al 70% o isopropanol). Después de la inactivación química, las soluciones restantes no deben esterilizarse en autoclave, ya que los vapores que emergen no son saludables (lejía) o explosivos (soluciones alcohólicas) y esto también es innecesario. Los desechos líquidos también se pueden esterilizar en autoclave para inactivarlos.

La esterilización en autoclave tiene la principal ventaja de que es bastante simple (poner los desechos en el autoclave, cerrarlo y ejecutar un programa apropiado), los desechos pueden luego simplemente descartarse como desechos normales, lo que puede no ser el caso de los desechos químicamente inactivados, que puede necesitar precauciones especiales para su eliminación.

Referencias:

  1. Descontaminación y esterilización
  2. Descontaminación de residuos microbiológicos de laboratorio mediante esterilización con vapor.
  3. TÉCNICAS PARA ESTERILIZAR RESIDUOS DE LABORATORIO CON VAPOR
  4. Descontaminación de desechos microbiológicos de laboratorio mediante esterilización con vapor

Para abordar lo que parece ser el concepto erróneo subyacente a su pregunta:

Matar bacterias patógenas no es difícil; matarlos sin dañar a su anfitrión (generalmente humano) sí lo es. Por eso los antibióticos son tan valiosos: son medicamentos que afectan solamente bacteria¹ - explotando propiedades que les son únicas. Por lo general, lo que nos importa en las bacterias es la resistencia a los antibióticos, porque hace que las infecciones con dichas bacterias sean más difíciles o incluso imposibles de tratar.

Una vez que investigamos las bacterias in vitro, por ejemplo, en una placa de Petri, no hay ningún huésped que tenga que sobrevivir y, por lo tanto, tenemos muchas más opciones para matarlas. Las otras respuestas han enumerado muchos métodos para hacer esto, que también son letales para los humanos.


¹ Por supuesto, esto está algo simplificado: todos los medicamentos tienen un efecto secundario, al igual que los antibióticos. Pero sus efectos secundarios en los seres humanos son más indulgentes que su efecto principal sobre las bacterias.


¿La resistencia es… reversible?

Si bien la gente generalmente no habla de que las bacterias pierden la resistencia a los antibióticos, sucede, y por una razón bastante obvia: las herramientas bioquímicas que confieren resistencia tienen un costo metabólico / de confiabilidad / eficiencia, o las bacterias habrían tenido la resistencia para comenzar. con. En general, podemos suponer que las bacterias no son expertas en lidiar con la toxicidad de la plata porque la plata no se encuentra con la suficiente frecuencia en sus entornos favoritos. Cuando saca las bacterias de un ambiente concentrado en plata, ya no hay presión para tomar medidas adicionales para lidiar con ellas, y la resistencia se puede perder.

Una libra de carne

Hay muchas formas de atacar a los microbios e incluso más formas de responder. El CDC proporciona una buena descripción general de algunas estrategias.

Tome las fluoroquinolonas, por ejemplo. Matan bacterias suprimiendo las enzimas que desenrollan el ADN. Como puedes imaginar, esto lo convierte en un día muy malo.TM para las bacterias. Si eres una bacteria y terminas con algo de ciproflaxina dentro de tu membrana, lo más obvio es deshacerte de ella. Algunas bacterias, como P. aeruginosa, que son resistentes a la ciproflaxina hacen precisamente eso: construyen bombas en sus membranas para bombearla. Pero como cualquier ingeniero le dirá, agregar nuevas bombas a un sistema cuesta tanto espacio como energía que podría haberse usado para otras cosas (como encontrar comida, reproducirse, etc.), por lo que no haría esto a menos que sea absolutamente necesario. .

¿Cómo sabemos que realmente pierden resistencia? Bueno, ¡lo hemos observado sucediendo! Literalmente sabemos qué mutaciones y transferencias de genes son necesarias para conferir varias resistencias para P. aeruginosa, porque las cepas silvestres son resistentes y susceptibles, dependiendo de su exposición a antibióticos (o condiciones de laboratorio).

Goo gris

Alégrate de que la biología tiende a encontrar las soluciones más eficientes. Esta tendencia a la minimización de la energía puede caracterizarse como una especie de pereza, pero en realidad es una estrategia óptima para asignar su energía donde le brinde el mayor valor. Para un microbio, eso sería encontrar comida y reproducirse. Eso significa que una vez que los fanáticos crecidos en el laboratorio escapen a la naturaleza, es probable que los superpoderes que obtuvieron de nuestros experimentos de científicos locos se pierdan con el tiempo, una vez que dejemos de bañarlos en toxinas mutagénicas.

A diferencia de la nanotecnología enloquecida, en realidad no tenemos mucho que temer de la resistencia a los antibióticos inducida por el laboratorio. Es el uso pernicioso y casual de antibióticos en nuestra vida diaria lo que finalmente nos matará. Estos fluyen por nuestros desagües y en nuestros arroyos y ríos y evolucionan esas criaturas noche y día, lo que prácticamente garantiza que encontraremos tipos resistentes en la naturaleza.


¿Resistente a QUÉ?

Los científicos generalmente tratan con bacterias resistentes a alguna concentración de alguna sustancia en particular (o una combinación de las mismas).

Esas cepas siguen siendo bastante sensibles a una gran cantidad de otras sustancias (por ejemplo, etanol al 70%), altas temperaturas (agua hirviendo a presión normal o más alta), etc., formas genéricas de matar bacterias.


Esterilice en autoclave a 120 grados Celsius durante 30 minutos. [árbitro]

Nunca arroje material biológico, animales vivos o cualquier otra cosa que no sean desechos aprobados por el código sanitario por el inodoro.

La forma correcta de desechar el material de cultivo usado es esterilizarlo primero y luego desecharlo en bolsas selladas.

Después del recuento, las placas de Petri deben guardarse en una bolsa de plástico para autoclave y esterilizarse en autoclave antes de desecharlas. Durante las excursiones de varios días, coloque las placas de Petri usadas en bolsas de plástico para autoclave y ciérrelas para transportarlas a la oficina. Luego, después del autoclave, coloque las bolsas cerradas de las placas de Petri en basureros u otros recipientes que se vaciarán mecánicamente, para evitar el contacto accidental con personas o animales. Nunca coloque las placas de Petri en la papelera de un motel o de una oficina.


En un mas presupuesto restringido nivel, cuando trabajaba en una escuela secundaria, el técnico del laboratorio de ciencias sacaba todas las viejas placas de Petri de un congelador dedicado para desechos y las llevaba a la caldera de carbón del campus.

Dado que la caldera solo funcionaba en invierno, había muchas cosas que desechar en los primeros días fríos de otoño. Como tal, el departamento de ciencias programó gran parte de este trabajo durante el invierno. El trabajo de disección también produjo una gran cantidad de desechos biológicos, pero eso fue menos malo y podría eliminarse en la basura general (eran los años 80, no se reciclaba mucho en ese momento).

Una vez que la parte del horno de la caldera estuvo a temperatura, la cosa se cerró (de alguna manera) y se abrió la trampilla de acceso. Los platos de plástico congelados se arrojaron dentro de bolsas de papel o de plástico para facilitar su manejo, luego se cerró la escotilla y se abrieron los amortiguadores.

En cuanto al PPE, no fue gran cosa. Se usaron guantes desechables para manipular los platos, y se metieron en el horno una vez que los platos se terminaron.

Recuerdo una vez que miré en el horno cuando hacía frío, antes de que se rastrillaran las cenizas. No quedó ningún rastro de ningún material dejado atrás, incluso se vaporizaron elementos metálicos como grapas o clips.

En breve - Quemadura


Resistencia a los antibióticos: ¿Cómo matan las bacterias los antibióticos?

Ésta es una serie de varias partes sobre la resistencia a los antibióticos en las bacterias.

Con el tiempo, alcanzaremos las formas en que las bacterias desarrollan resistencia a los antibióticos, pero antes de llegar allí, dedicaremos un poco más de tiempo a los antibióticos.

¿Qué hemos aprendido hasta ahora?

1. Los antibióticos son productos naturales elaborados por bacterias y algunos hongos. También hemos aprendido sobre la diferencia entre antibióticos y drogas sintéticas. No siempre hay una distinción clara, ya que se pueden agregar grupos químicos a los antibióticos, haciéndolos en parte sintéticos y en parte naturales.

2. Los antibióticos son un grupo de compuestos químicamente diverso. Los antibióticos no son ADN. Tampoco son proteínas, aunque algunos antibióticos contienen aminoácidos, que son los componentes básicos de las proteínas. En cierto modo, los antibióticos son una especie de moléculas de lujo, ya que no son esenciales para la vida.

Las bacterias ni siquiera las producen hasta que la población alcanza una cierta densidad y fase de crecimiento. Aunque podemos describir todos los antibióticos con una sola palabra, no existe una descripción única que haga justicia a estos fascinantes compuestos.

Podemos agrupar los antibióticos en clases, ya sea por similitud química: todos los antibióticos peptídicos contienen aminoácidos unidos por enlaces peptídicos, las ß-lactámicas tienen un anillo ß lactámico, según la gama de organismos que pueden matar, los antibióticos de amplio espectro matan una amplia variedad de bacterias, donde los antibióticos de espectro estrecho tienen objetivos más específicos o por la vía metabólica a la que se dirigen.

Quizás la forma más fácil de clasificar los antibióticos es por los organismos que los producen. Incluso allí, los antibióticos desafían las agrupaciones fáciles. La mayoría están hechas por habitantes de la tierra, pero tanto los hongos como las bacterias entran en acción.

Pero ¿Qué hacen los antibióticos?
¿Cómo cumplen su papel de agentes de guerra? Matan las bacterias, pero ¿cómo? En una población bacteriana, ¿todos los miembros mueren? Desafortunadamente, no, muchos antibióticos actúan previniendo el crecimiento bacteriano. Esto significa que la mayoría de los antibióticos solo matan las bacterias en crecimiento.

¿Evitan que las bacterias crezcan?
No. Cuando hablamos de animales, plantas o personas en crecimiento, en realidad estamos describiendo organismos individuales que se hacen más grandes. Pero, cuando hablamos de crecimiento bacteriano, nos referimos al tamaño de una población bacteriana y no solo al tamaño de una célula.

Entonces, para que las bacterias crezcan, necesitan fabricar todas las partes necesarias para construir nuevas células bacterianas. Se debe copiar el ADN. Se deben producir nuevos ARN, ribosomas y proteínas. Deben construirse paredes de celdas. Las membranas deben sintetizarse. Y, por supuesto, las células deben dividirse. Muchos, si no la mayoría, de los antibióticos actúan inhibiendo los eventos necesarios para el crecimiento bacteriano. Algunos inhiben la replicación del ADN, otros, la transcripción, algunos antibióticos evitan que las bacterias produzcan proteínas, algunos previenen la síntesis de las paredes celulares, etc. En general, los antibióticos evitan que las bacterias formen las partes necesarias para el crecimiento.

Hay algunos antibióticos que actúan atacando las membranas plasmáticas. La mayoría de los antibióticos, sin embargo, funcionan manteniendo a raya las poblaciones bacterianas hasta que el sistema inmunológico puede hacerse cargo. Esto también nos lleva a nuestro primer mecanismo de resistencia a los antibióticos.

La persistencia es la resistencia.

Si las bacterias necesitan crecer para ser destruidas por los antibióticos, entonces las bacterias pueden escapar de los antibióticos, NO creciendo o creciendo muy lentamente. Este fenómeno se ha observado con biopelículas (colonias de bacterias que viven en una superficie) (1), E. coli en infecciones del tracto urinario (2), y más notablemente en las bacterias de crecimiento lento, que causan tuberculosis, Tuberculosis micobacterianay lepra, Mycobacterium leprae (3).

Parece gracioso pensar que no creciendo puede ser un mecanismo de supervivencia. Pero si eres una bacteria y puedes permanecer el tiempo suficiente en un estado inactivo y sin crecimiento, eventualmente tu huésped humano dejará de tomar antibióticos, desaparecerán de tu entorno y podrás volver a crecer.

1. P.S. Stewart 2002. "Mecanismos de resistencia a antibióticos en biopelículas bacterianas". Int J Med Microbiol. 292 (2): 107-13.

2. Trülzsch K, Hoffmann H, Keller C, Schubert S, Bader L, Heesemann J, Roggenkamp A. 2003. "El mutante enano de Escherichia coli altamente resistente y metabólicamente deficiente es la causa de una infección crónica del tracto urinario". J Clin Microbiol. 41 (12): 5689-5694.

3. Gomez JE, McKinney JD. 2004. Tuberculosis (Edinb). 84 (1-2): 29-44.


Otros artículos de esta serie:
1. Introducción a la resistencia a los antibióticos: introducción a la cuestión de la resistencia a los antibióticos.
2. Drogas naturales vs sintéticas: ¿cuál es la diferencia entre antibióticos y drogas sintéticas?
3. ¿Cómo matan las bacterias los antibióticos? una discusión general de las vías donde los antibióticos pueden actuar y una característica que ayuda a sobrevivir a algunas bacterias.
4. ¿Realmente los antibióticos solo son producidos por bacterias y hongos? Depende de cómo le gustaría llamarlos.
5. Los cinco caminos hacia la resistencia a los antibióticos: un resumen rápido


Bacterias patógenas que se vuelven casi inofensivas

Pseudomonas aeruginosa es una bacteria patógena oportunista presente en muchos nichos ecológicos, como las raíces de las plantas, el agua estancada o incluso las tuberías de nuestros hogares. Naturalmente muy versátil, puede causar infecciones agudas y crónicas que son potencialmente fatales para personas con sistemas inmunológicos debilitados. La presencia de P. aeruginosa en entornos clínicos, donde puede colonizar respiradores y catéteres, es una seria amenaza. Además, su adaptabilidad y resistencia a muchos antibióticos provocan infecciones por P. aeruginosa cada vez más difícil de tratar. Por tanto, existe una necesidad urgente de desarrollar nuevos antibacterianos.

Científicos de la Universidad de Ginebra (UNIGE), Suiza, han identificado un regulador de la expresión génica previamente desconocido en esta bacteria, cuya ausencia reduce significativamente el poder infeccioso de P. aeruginosa y su naturaleza peligrosa. Estos resultados, que se publicarán en la revista Investigación de ácidos nucleicos, podría constituir un objetivo innovador en la lucha contra este patógeno.

Las helicasas de ARN realizan funciones reguladoras esenciales al unir y desenrollar varias moléculas de ARN para realizar sus funciones. Las helicasas de ARN están presentes en los genomas de casi todos los organismos vivos conocidos, incluidas bacterias, levaduras, plantas y humanos, sin embargo, han adquirido propiedades específicas según el organismo en el que se encuentran. "Pseudomonas aeruginosa tiene una ARN helicasa cuya función era desconocida, pero que se encontró en otros patógenos ", explica Martina Valentini, investigadora líder de esta investigación en el Departamento de Microbiología y Medicina Molecular de la Facultad de Medicina de la UNIGE, y becaria de la SNSF" Ambizione " "Queríamos entender cuál era su papel, en particular en relación con la patogénesis de las bacterias y su adaptación ambiental".

Una virulencia severamente reducida

Para hacer esto, el equipo de Ginebra combinó enfoques genéticos bioquímicos y moleculares para determinar la función de esta proteína. "En ausencia de esta helicasa de ARN, P. aeruginosa se multiplica normalmente in vitro, tanto en medio líquido como en medio semisólido a 37 ° C ", informa St & eacutephane Hausmann, investigadora asociada del Departamento de Microbiología y Medicina Molecular de la Facultad de Medicina de UNIGE y primera autora de este estudio. Para determinar si la capacidad de infección de la bacteria se vio afectada, tuvimos que observarla in vivo en un organismo vivo ”.

Luego, los científicos continuaron su investigación utilizando larvas de Galleria mellonella, un insecto modelo para estudiar las interacciones huésped-patógeno. De hecho, el sistema inmunológico innato de los insectos tiene importantes similitudes con el de los mamíferos. Además, estas larvas pueden vivir a temperaturas entre 5 ° C y 45 ° C, lo que permite estudiar el crecimiento bacteriano a diferentes temperaturas, incluida la del cuerpo humano. Se observaron tres grupos de larvas, el primero, tras la inyección de una solución salina, vio sobrevivir al 100% de su población. En presencia de una cepa normal de P. aeruginosa, menos del 20% sobrevivió a las 20 horas después de la infección. En contraste, cuando P. aeruginosa ya no poseía el gen de ARN helicasa, más del 90% de las larvas permanecieron vivas. "Las bacterias modificadas se volvieron casi inofensivas, mientras permanecían muy vivas", dice St & eacutephane Hausmann.

Inhibir sin matar

Los resultados de este trabajo muestran que este regulador afecta la producción de varios factores de virulencia en las bacterias. "De hecho, esta proteína controla la degradación de numerosos ARN mensajeros que codifican factores de virulencia", resume Martina Valentini. "Desde el punto de vista de la estrategia de fármacos antimicrobianos, desactivar los factores de virulencia del patógeno en lugar de intentar eliminarlo por completo, significa permitir que el sistema inmunológico del huésped neutralice naturalmente la bacteria y potencialmente reduce el riesgo de desarrollo de resistencia. De hecho, si intentamos matar las bacterias a toda costa, las bacterias se adaptarán para sobrevivir, lo que favorece la aparición de cepas resistentes ”.

Actualmente, el equipo de Ginebra continúa su trabajo mediante el cribado de una serie de moléculas de fármaco conocidas con el fin de determinar si alguna de ellas tiene la capacidad de bloquear selectivamente esta proteína, y estudiar en detalle los mecanismos de inhibición sobre los que se basa el desarrollo de una estrategia terapéutica eficaz. podría basarse.


Un sistema 'plug-and-play'

Ahora, en su estudio más reciente, el equipo hizo un último ajuste a su E. coli eliminando genes que codifican dos moléculas de ARNt específicas: las moléculas que leen los codones y recopilan todos los aminoácidos apropiados. Estos ARNt normalmente reconocerían los codones TCG y TCA.El equipo también eliminó genes de un llamado factor de liberación que normalmente reconoce el codón de terminación TAG. Estos cambios hicieron que la nueva cepa bacteriana fuera invulnerable a los virus, encontró el equipo.

Los genomas del virus contienen codones TCG, TCA y TAG, pero sin el ARNt y los factores de liberación correctos, dijo el diseñador. E. coli no puede leer estos genes virales y, por lo tanto, no puede ser víctima de los patógenos. "Cuando el virus infecta, no tiene el mismo codigo genetico como nuestro [modificado E. coli] células, y luego no puede producir sus propias proteinas y no se puede propagar ", dijo Robertson.

Pero nuevamente, el objetivo principal del estudio fue reprogramar los codones liberados para generar nuevas proteínas. Para hacerlo, el equipo generó moléculas de ARNt que se emparejaron con aminoácidos no naturales de su propio diseño.Estos ARNt se programaron para reconocer los codones TCG, TCA y TAG que ahora faltan en los codones modificados. E. coli cepa. El equipo reintrodujo los codones faltantes colocándolos dentro de pequeños bucles de ADN, llamados plásmidos, que pueden insertarse en la bacteria sin alterar su genoma.

Los plásmidos, el ARNt y los aminoácidos no naturales proporcionaron todos los planos, herramientas y materiales que las células necesitaban para construir proteínas de diseño para los investigadores. "Por lo tanto, puede producir proteínas en una célula de una manera programable, basándose en el ADN que le proporcionamos a la célula, con 23 bloques de construcción", en lugar de 20, dijo Robertson. "Es un gran sistema plug-and-play".

Otros grupos de investigación han intentado introducir aminoácidos no naturales en las proteínas en el pasado, pero estas estrategias no fueron muy eficientes, escribieron Chatterjee y Delilah Jewel, una estudiante de posgrado en el laboratorio de Chatterjee, en un comunicado. comentario publicado en el mismo número de Science. Por ejemplo, el laboratorio de Chatterjee emparejó con éxito aminoácidos no naturales con los codones de parada en E. coli, pero este método solo les permitió insertar estos aminoácidos no naturales en un solo sitio en la proteína final, informaron en un estudio de 2019 en el Revista de la Sociedad Química Estadounidense.

Ahora, con el nuevo método, los científicos pueden comenzar a ampliar los límites de las proteínas y polímeros que pueden construir, dijo Chatterjee a WordsSideKick.com. "Es una especie de imaginación. ¿Cómo podrían verse esos aminoácidos?" él dijo. "¿Qué tipo de química podrían tener, funcionalidades podrían tener, a las que la naturaleza nunca tuvo acceso?"

Mirando hacia el futuro, los científicos podrían potencialmente eliminar aún más codones del E. coli genoma, liberando aún más canales para la construcción de proteínas de diseño, dijo Robertson. Pero por ahora, es probable que tres canales abiertos sean suficientes para trabajar, dijo. "¿Necesitamos siete canales abiertos? ¿O son tres canales abiertos suficientes para expandir realmente lo que podemos hacer, en términos de proporcionar nuevas aplicaciones?" él dijo. "Es beneficioso centrarse en las aplicaciones ahora".


AskNature

A veces, los sistemas vivos deben permanecer temporalmente en un lugar, trepar o moverse de otro modo, o mantener las cosas juntas. Esto implica adherirse temporalmente con la capacidad de liberar, lo que minimiza el uso de energía y material. Algunos sistemas vivos se unen, se desprenden y se vuelven a unir repetidamente durante un tiempo prolongado, como durante su vida. A pesar de ser temporales, estos apegos deben resistir fuerzas físicas y de otro tipo hasta que hayan logrado su propósito. Por lo tanto, los sistemas vivos tienen mecanismos de apego adaptados optimizados para la cantidad de tiempo o el número de veces que deben usarse. Un ejemplo es el gecko, que trepa por las paredes uniendo los dedos de los pies durante menos de un segundo. Otros ejemplos incluyen insectos que adhieren sus huevos a una hoja hasta que nacen, e insectos cuyas alas se adhieren temporalmente durante el vuelo pero se separan después de aterrizar.

Protéjase de los microbios

En los sistemas vivos, los microbios desempeñan funciones importantes, como descomponer la materia orgánica y mantener la salud personal y del sistema. Pero también plantean amenazas. Las bacterias pueden ser patógenos que causan enfermedades. Algunas bacterias crean colonias llamadas biopelículas que pueden revestir superficies, reduciendo su eficacia & # 8211, por ejemplo, inhibiendo la capacidad de una hoja para realizar la fotosíntesis. Los sistemas vivos deben tener estrategias para protegerse de los microbios que causan enfermedades o se vuelven tan numerosos que crean un desequilibrio en el sistema. Al mismo tiempo, los sistemas vivos deben seguir viviendo en armonía con otros microbios. Algunos sistemas vivos matan a los microbios. Otros repelen sin matar para reducir las posibilidades de que los microbios se adapten a la estrategia letal y se vuelvan resistentes a ella. Por ejemplo, algunas plántulas de guisantes exudan una sustancia química que inhibe la acumulación de biopelículas.

Romper los materiales vivos

Los materiales vivos son aquellos que forman parte de los sistemas vivos (ya sea que estén vivos o en el pasado). Por ejemplo, un tronco caído, aunque muerto, se considera un material vivo. Romper o romper los materiales vivos es importante para los sistemas vivos que se alimentan de ellos, así como para facilitar la descomposición de la materia orgánica. La degradación aumenta la superficie del material expuesta a la humedad, los hongos, las bacterias y otros sistemas vivos, muchos de los cuales utilizan enzimas y otros productos químicos para descomponerlo aún más. Pero los materiales vivos pueden ser difíciles de descomponer porque, para su propia supervivencia, su composición debe proporcionar apoyo y protección. Por lo tanto, los sistemas vivos requieren medios mecánicos (como triturar, rasgar o masticar) para manipular estos materiales, así como materiales fuertes que puedan vencer la resistencia. Por ejemplo, los escarabajos pequeños que mastican la madera tienen mandíbulas grandes y fuertes que les permiten cortar este material resistente.

Modificar tamaño / forma / masa / volumen

Muchos sistemas vivos alteran sus propiedades físicas, como tamaño, forma, masa o volumen. Estas modificaciones ocurren en respuesta a las necesidades del sistema vivo y / o condiciones ambientales cambiantes. Por ejemplo, pueden hacer esto para moverse de manera más eficiente, escapar de los depredadores, recuperarse de daños o por muchas otras razones. Estas modificaciones requieren tasas y niveles de respuesta adecuados. La modificación de cualquiera de estas propiedades requiere materiales que permitan dichos cambios, señales para realizar los cambios y mecanismos para controlarlos. Un ejemplo es el pez puercoespín, que se protege de los depredadores tomando sorbos de agua o aire para inflar su cuerpo y erigir espinas incrustadas en su piel.

Insectos

Clase Insecta ("un insecto"): moscas, hormigas, escarabajos, cucarachas, pulgas, libélulas

Los insectos son los artrópodos más abundantes: constituyen el 90% de los animales del filo. Se encuentran en todas partes de la tierra, excepto en las profundidades del océano, y los científicos estiman que hay millones de insectos que aún no se han descrito. La mayoría vive en la tierra, pero muchos viven en marismas de agua dulce o salada durante parte de sus ciclos de vida. Los insectos tienen tres secciones distintas del cuerpo: una cabeza, que tiene piezas bucales especializadas, un tórax, que tiene patas articuladas y un abdomen. Tienen un sistema nervioso y sensorial bien desarrollado, y son los únicos invertebrados que pueden volar, gracias a sus exoesqueletos ligeros y su pequeño tamaño.

Introducción

Cada verano, las cigarras anuales emergen de la tierra en todo el mundo, espesando el aire con su característico chasquido y traqueteo. Las cigarras de diecisiete años, que existen solo en América del Norte, sorben la savia de las raíces de las plantas debajo del suelo durante casi dos décadas antes de salir a la superficie y mudar sus caparazones para convertirse en adultos reproductores.

Según la tradición oral de la nación de Onondaga, una generación de cigarras de 17 años brotó del suelo después de que la campaña de tierra quemada de George Washington en 1779 dejara a la gente sin cultivos, proporcionándoles una fuente de alimentos de emergencia que les permitió sobrevivir.

Ahora, las cigarras pueden proporcionar otro medio para la supervivencia humana. La ciencia reciente muestra que las estructuras diminutas en las alas de las cigarras matan las bacterias, lo que podría darnos otra forma de combatir los gérmenes que matan a millones de personas cada año.

La estrategia

En 2012, los científicos observaron que las alas de las cigarras matan varios tipos de bacterias dañinas, pero no quedó claro de inmediato cómo funcionaban. ¿Estaban las alas cubiertas con un antibiótico? ¿Hubo una respuesta inmune rápida? Usando microscopios poderosos para obtener una vista extremadamente cercana de las alas, los científicos observaron pequeños bultos en forma de cono llamados nanopilares que cubren ambos lados en una disposición hexagonal.

Hicieron la hipótesis de que en realidad eran los conos mismos los que estaban matando a las bacterias, y usaron "el toque de Midas" para demostrarlo. Cubrieron las alas de las cigarras con una capa súper delgada de oro para inhibir cualquier reacción bioquímica. Cuando se exponen a las alas de las cigarras chapadas en oro, las bacterias aún mueren, lo que demuestra que no había ningún asesino químico: las estructuras nanopilares únicas fueron directamente responsables.

Para comprender cómo los conos matan las bacterias, piense en una célula bacteriana como un globo de agua. Con un diámetro varias veces mayor que la distancia entre conos, una celda descansa sobre muchos nanopilares. Es tentador pensar en estos nanopilares como un lecho de clavos que simplemente hacen estallar el globo de agua. Sin embargo, en 2013, el mismo grupo de científicos desarrolló un modelo que contaba una historia diferente.

Los nanopilares se unen a la membrana celular bacteriana, estirándola y eventualmente rompiéndola.

Considere lo que está sucediendo entre solo dos de los conos. El globo de agua se hundiría alrededor de ambos conos, mientras que la membrana entre ellos se extendería a través del espacio como un puente. Sin embargo, a nanoescala, la membrana celular no solo se hunde, sino que se siente atraída físicamente por las superficies de los nanopilares, esencialmente adhiriéndose a ellos. A medida que la membrana se adhiere más hacia abajo en ambos conos, la membrana que se extiende entre ellos se estira y finalmente se rompe como una banda de goma.

Ahora considere las rupturas que se desgarran entre cada par de conos que toca la célula: las tripas citoplasmáticas que se derraman de una membrana triturada significa la muerte bacteriana.

Este mecanismo solo es efectivo en bacterias gramnegativas, el tipo de bacteria que tiende a causar infecciones. No funciona con bacterias grampositivas, que tienden a ser bacterias "probióticas" beneficiosas. En lugar de globos de agua flexibles, las bacterias beneficiosas se parecen más a huevos de cáscara dura con membranas rígidas. Están protegidos del efecto de ruptura de los nanopilares porque las fuerzas físicas que atraen sus membranas a las superficies del cono no son lo suficientemente fuertes para superar su rigidez.

El potencial

Durante siglos, el concepto de infección bacteriana no se descubrió, posponiendo la guerra que eventualmente libraríamos contra ella. En la década de 1860, el microbiólogo francés Louis Pasteur inició la batalla al demostrar finalmente que los gérmenes causan infecciones. Poco después, inventó la pasteurización para hacer que algunas bebidas fueran más seguras para beber.

Joseph Lister, un cirujano, aplicó rápidamente el trabajo de Pasteur a los hospitales, desarrollando la primera técnica de esterilización para limpiar instrumentos, manos y heridas con ácido carbólico. Luego, en 1928, el investigador escocés Alexander Fleming descubrió accidentalmente la penicilina, lo que provocó décadas de investigación con antibióticos.

Ahora que algunas bacterias están desarrollando resistencia a los antibióticos, debemos mirar a la naturaleza para que nos ayude a descubrir nuevas formas de combatir las infecciones.

Los nanopilares de ala de cigarra pueden ser la próxima arma en nuestro arsenal de gérmenes. Los instrumentos quirúrgicos, los implantes biomédicos, las manijas de las puertas y las superficies de preparación de alimentos podrían algún día recubrirse con conos microscópicos para matar las bacterias antes de que puedan invadir.


¿Donde nos encontramos ahora?

Ahora que cada vez más bacterias han desarrollado resistencia a los antibióticos, los científicos de todo el mundo tienen un interés renovado en los fagos. La Unión Europea invirtió 5 millones de euros en Phagoburn, un proyecto que estudia el uso de fagos para prevenir infecciones cutáneas en víctimas de quemaduras (Figura 2). En los EE. UU., La FDA aprobó ListshieldTM, un aditivo alimentario que contiene fagos, que mata Listeria monocytogenes, uno de los patógenos transmitidos por los alimentos más virulentos y una de las causas de meningitis. Actualmente, se están llevando a cabo muchos ensayos clínicos que utilizan fagos para tratar o prevenir infecciones bacterianas como la tuberculosis y MRSA.

A pesar de que la FDA aún no ha aprobado la terapia con fagos, los fagos ya se han utilizado para salvar vidas en tratamientos experimentales. En San Diego se informó sobre la recuperación milagrosa de un paciente que sufría de bacterias resistentes a los antibióticos. Mientras estaba de vacaciones en Egipto, Tom Patterson fue infectado por una cepa de Acinetobacter baumannii. Lo llevaron en avión de regreso a California y lo trataron con antibióticos durante más de 100 días, pero Patterson no mejoró y cayó en coma. Finalmente fue salvado por un cóctel de fagos purificados de aguas residuales en Texas.

En un futuro próximo, a medida que los antibióticos pierdan su eficacia, es posible que comencemos a escuchar más historias como esta. Y algún día, los fagos podrían pasar de nuestro último recurso contra las bacterias resistentes a los antibióticos a nuestra primera línea de defensa.


Errores vs. Superbacterias: los insectos ofrecen promesas en la lucha contra la resistencia a los antibióticos

Los científicos han aislado una molécula con potencial para combatir enfermedades en un microbio que vive en un tipo de hormiga cultivadora de hongos (género Cyphomyrmex). El microbio mata a otros microbios hostiles que atacan el hongo de las hormigas, una fuente de alimento. Cortesía de Alexander Wild / Universidad de Wisconsin ocultar leyenda

Los científicos han aislado una molécula con potencial para combatir enfermedades en un microbio que vive en un tipo de hormiga cultivadora de hongos (género Cyphomyrmex). El microbio mata a otros microbios hostiles que atacan el hongo de las hormigas, una fuente de alimento.

Cortesía de Alexander Wild / Universidad de Wisconsin

A nadie le gusta una cucaracha en su casa. Pero antes de aplastar al intruso no deseado, considere esto: esa criatura de seis patas podría algún día salvarle la vida.

Eso es correcto. Los insectos, conocidos desde hace mucho tiempo por propagar enfermedades, podrían potencialmente ayudar a curarlas. O más bien, los microbios que viven en su interior podrían hacerlo. Los científicos han descubierto docenas de microorganismos que viven dentro o sobre insectos que producen compuestos antimicrobianos, algunos de los cuales pueden ser la clave para desarrollar nuevos antibióticos.

No pueden venir demasiado pronto. Más infecciones se están volviendo resistentes a los antibióticos comunes, y el flujo de nuevos antibióticos se ha reducido a un goteo.

"Hay una demanda creciente [de antibióticos] y una oferta decreciente", explica Gerry Wright, director del Instituto Michael G. DeGroote para la Investigación de Enfermedades Infecciosas en la Universidad McMaster.

La mayoría de los antibióticos se han descubierto a partir de bacterias que viven en el suelo. Pero Cameron Currie, profesor de bacteriología en la Universidad de Wisconsin-Madison, dice que buscar nuevos antibióticos en el suelo se ha vuelto cada vez más inútil.

"Siguen encontrando antibióticos ya conocidos", dice Currie. "Hay un sentimiento común de que el pozo de antibióticos del suelo está seco".

Afortunadamente, puede haber otro pozo. Currie y un equipo de 28 investigadores publicaron recientemente un artículo en Comunicaciones de la naturaleza mostrando que algunas de las bacterias que viven en los insectos son realmente buenas para matar los gérmenes que enferman a las personas.

"Se estima que hay 10 millones de especies [de insectos] en el planeta", dice Currie. "Eso implica un enorme potencial para muchos compuestos [antibióticos] nuevos".

Combatientes microbianos

Cada insecto contiene un ecosistema completo de microorganismos, al igual que el microbioma que se encuentra en los humanos. Y hay una cualidad que muchos de esos microbios asociados a insectos tienen en común, dice Jonathan Klassen, profesor asistente de biología molecular y celular en la Universidad de Connecticut y autor del estudio.

No se llevan muy bien entre ellos.

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Las 'bacterias depredadoras' podrían alistarse en defensa contra la resistencia a los antibióticos

Y al decir que no se llevan bien, quiere decir que están constantemente tratando de matarse entre sí mediante una guerra bioquímica. Muchos de los microorganismos de los insectos producen compuestos que son tóxicos para otros microbios, esencialmente antibióticos naturales.

Algunos de esos antibióticos naturales atrajeron la atención de Currie mientras estudiaba, investigando las hormigas cortadoras de hojas.

Las hormigas cortadoras de hojas se encuentran entre los jardineros más prolíficos de la naturaleza. En realidad, no comen las hojas que cortan, sino que las usan para cultivar un tipo especial de hongo como alimento. Aún así, no es fácil ser un granjero de hongos.

"Al igual que la agricultura humana, las hormigas tienen problemas con las enfermedades", dice Currie. "Encontré un patógeno especializado que ataca su jardín de hongos".

Afortunadamente, las hormigas tienen una herramienta para lidiar con el problema. Una especie de bacteria que vive en los exoesqueletos de las hormigas produce una toxina que mata al patógeno. Al igual que los pesticidas que usa un jardinero, la toxina mantiene el jardín de las hormigas libre de enfermedades.

El descubrimiento inspiró la curiosidad de Currie. Si las hormigas pudieran usar estos compuestos bacterianos para tratar enfermedades en sus jardines de hongos, ¿podrían los médicos usarlos para tratar enfermedades en las personas? Si es así, ¿qué otros insectos también podrían ser portadores de microbios que combaten enfermedades?

Para responder a esas preguntas, Currie y su equipo pasaron años recolectando miles de insectos, incluidas las cucarachas, desde Alaska hasta Brasil.

"Cada pocos meses, alguien salía a algún lugar para recolectar algo", recuerda Klassen, que trabajaba en ese momento como investigador postdoctoral en el proyecto.

El equipo probó bacterias de cada insecto para determinar si podían matar patógenos humanos comunes, como E. coli y resistente a la meticilina Staphylococcus aureus (MRSA). Luego compararon los resultados de cepas de bacterias de insectos con cepas extraídas de plantas y suelo.

"Nos sorprendió mucho que [las cepas de insectos] no fueran tan buenas, sino aparentemente mejores para inhibir [patógenos]", dice Currie.

Probando un nuevo antibiótico

Una vez que un científico ha descubierto que una cepa de bacterias puede matar gérmenes, el siguiente paso en el desarrollo de medicamentos es determinar qué compuesto bacteriano es responsable de la actividad antimicrobiana, como un cocinero que busca el ingrediente secreto en una sopa particularmente deliciosa.

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Los científicos acuden a la multitud en busca de nuevos antibióticos

El equipo de Currie había encontrado docenas de cepas bacterianas prometedoras en insectos. Y cada uno podría producir un ingrediente secreto que podría ser un nuevo compuesto antibiótico.

Eso en sí mismo fue un gran logro. Pero los investigadores dieron un paso más. Aislaron un compuesto de una cepa bacteriana particularmente prometedora y demostraron que podía inhibir las infecciones fúngicas en ratones, un paso importante en el desarrollo de fármacos.

El compuesto, la cifomicina, se encuentra en hormigas cultivadoras de hongos brasileñas, parientes cercanos de las hormigas que Currie estudió como estudiante de doctorado. Aunque está lejos de convertirse en un medicamento aprobado, la investigación muestra que los compuestos antibióticos nuevos para la ciencia pueden aislarse de los insectos.

Wright, un investigador de antibióticos que no participó en el estudio, dice que investigaciones anteriores han demostrado que una sola especie de insecto contenía compuestos antimicrobianos. Pero este es el primer estudio que demuestra de manera integral que los insectos como grupo son una fuente prometedora de nuevos antimicrobianos.

"Nadie había hecho algo a esta escala antes", explica Wright.

Currie tiene la esperanza de que algún día se apruebe la cifomicina para tratar las infecciones por hongos en las personas. Pero antes de que eso suceda, debe someterse a años de pruebas adicionales.

"[La cifomicina] está a un millón de millas [de la aprobación]", dice Wright. "Esa es la realidad del descubrimiento de fármacos".

Aún así, Wright dice que los investigadores ya han superado uno de los obstáculos más difíciles en el desarrollo de fármacos al demostrar que el compuesto funciona en ratones.

Para Klassen, hay mucho en juego para no intentarlo.

"Esfuerzos como este estudio son cruciales para mantener el flujo de antibióticos de manera que la enfermedad no gane la partida", dice.

Al final, las consecuencias de un mundo sin antibióticos son suficientes para hacer que los científicos busquen nuevos medicamentos en lugares no convencionales, incluso si eso significa buscar en una cucaracha.


Los plásticos autoesterilizables eliminan las bacterias resistentes a los medicamentos

A pesar de la proliferación de antibióticos y una variedad de toallitas y lociones antibacterianas para las manos, las bacterias siguen siendo un objetivo en movimiento para los hospitales y clínicas que buscan proteger a sus pacientes de infecciones. Un enfoque que está ganando terreno en el esfuerzo por eliminar las bacterias es imitar la forma en que el cuerpo humano ataca a estos microorganismos perforando agujeros en las membranas de las células bacterianas y obstaculizando su capacidad para transformarse en patógenos resistentes a los antibióticos.

Las bacterias se están volviendo cada vez más resistentes a los antibióticos debido a una combinación de su uso excesivo (que permite que las células bacterianas se familiaricen con estos medicamentos y los purguen antes de que puedan hacer su trabajo) y la capacidad de los patógenos para adaptarse rápidamente a nuevas condiciones. Las bacterias se dividen cada 20 minutos, acelerando la evolución y creando el equivalente a un ojo de cerradura cambiante para los fabricantes de antibióticos, dice Nicholas Landekic, director ejecutivo y fundador de PolyMedix, Inc., una empresa de biotecnología de Radnor, Pensilvania. "El setenta por ciento de las infecciones bacterianas son resistentes", dice, "lo que es un gran problema".

De hecho, las infecciones bacterianas son ahora la cuarta causa principal de muerte en los EE. UU., Y matan a unas 100.000 personas cada año, según los Centros para el Control de Enfermedades de EE. UU. Irónicamente, uno de los mejores lugares para contraer una infección es el hospital y mdash más de dos millones de casos de infecciones adquiridas en el hospital se informan anualmente en los EE. UU., Según un artículo publicado recientemente en la revista The Society of Chemical Industry, Polymer International.

PolyMedix, con la ayuda de científicos de la Universidad de Pennsylvania, está desarrollando fármacos y polímeros que se comportan de manera muy similar a las propias defensas del cuerpo. Entre los que están en proceso: medicamentos que pueden matar bacterias sin la necesidad de ingresar a las células, así como nuevos polímeros que la compañía espera que se utilicen en pinturas, plásticos y textiles para crear productos y superficies autoesterilizantes. El polímero no es un recubrimiento como la plata, las sales de amonio o los fenoles, que según Landekic se disuelven con el tiempo y pierden su eficacia. "Nuestros compuestos pasan a formar parte de la superficie", dice, y pueden matar bacterias en cuestión de segundos. "Si hace que el antibiótico forme parte del material, el efecto es duradero".

La compañía no tiene un marco de tiempo para entregar el polímero antibacteriano a los estantes de las tiendas porque está enfocando sus recursos principalmente en llevar su medicamento antibiótico al mercado. La compañía necesitaría la aprobación de la Agencia de Protección Ambiental de los EE. UU. Y el proceso mdasha que toma hasta 16 meses una vez que se presenta una solicitud y mdash para incluir su polímero antibacteriano en ropa de cama, alfombras, encimeras y toallas.

"Hemos desarrollado muchos prototipos de materiales diferentes y hemos probado que [el polímero] funciona cuando se agrega a diferentes materiales", siempre que la superficie esté limpia, dice Landekic. "Los polímeros son autolimpiables, no autolimpiantes", añade. "Tienes que permitirles que interactúen con las bacterias".

Él dice que los polímeros antimicrobianos también pueden tener éxito en eliminar Stachybotrys chartarum, o "moho negro", en edificios residenciales y comerciales, un hongo que puede causar enfermedades pulmonares y exacerbar las alergias. Los polímeros también pueden resultar importantes en la guerra contra el terrorismo, lo que explica por qué el Departamento de Defensa de los EE. UU. Entregó a la compañía más de $ 1.6 millones para desarrollar compuestos de medicamentos y polímeros capaces de combatir patógenos de guerra biológica que causan enfermedades infecciosas como el ántrax, la peste y la tularemia. La compañía recibió otros $ 3 millones para investigación y desarrollo del Departamento de Salud y Servicios Humanos de EE. UU.

PolyMedix necesita la aprobación de la Administración de Alimentos y Medicamentos antes de poder probar medicamentos en desarrollo que algún día puedan suplantar a los antibióticos. Esta nueva cosecha de combatientes de microorganismos, al igual que los polímeros, mataría las bacterias perforando sus membranas llenas de agujeros. PolyMedix anunció recientemente que Health Canada & mdash, el organismo de control nacional de la salud del país & mdash, le ha dado luz verde a la compañía para comenzar un ensayo clínico en humanos para evaluar la seguridad y eficacia de un compuesto sintético denominado PMX-30063, diseñado para tratar infecciones sistémicas y evitar las trampas de lo normal. los antibióticos ya no son eficaces contra las bacterias.


Superar la resistencia

El Científico Personal
1 de abril de 2014

& copy JUSTIN GABBARD A unque los investigadores y desarrolladores de medicamentos han estado haciendo advertencias durante años sobre las bacterias que evolucionan más que la medicina y el arsenal de antibióticos rsquos, la crisis está llegando a un punto crítico. Solo en los Estados Unidos, unas 23.000 personas mueren cada año por infecciones causadas por bacterias resistentes a los medicamentos, según los Centros para el Control y la Prevención de Enfermedades y el Informe de Amenazas 2013 de los Centros para el Control y la Prevención de Enfermedades. Muchos más pacientes mueren por otras afecciones complicadas por la infección con patógenos resistentes. Estas enfermedades le cuestan al sistema de atención médica más de $ 20 mil millones al año, en parte porque los pacientes que padecen infecciones resistentes a los medicamentos requieren más de 8 millones de días de hospitalización adicionales.

Las estadísticas son aleccionadoras, y lo son aún más por el hecho de que la Administración de Drogas y Alimentos de los EE. UU. (FDA) solo ha aprobado dos nuevas clases de antibióticos desde 1998. De hecho, solo cinco nuevas clases han salido al mercado en los últimos 45 años. años la gran mayoría de hoy & rsquos.

El uso excesivo, y no solo en las personas, sino también en los animales, es el principal impulsor de la epidemia de resistencia a los antibióticos. Una de las prácticas antibióticas más controvertidas ha sido el tratamiento “no terapéutico” de animales de granja con dosis bajas de los medicamentos para promover el crecimiento y prevenir enfermedades en condiciones de granjas industriales abarrotadas. (Consulte "Antibióticos en los animales que comemos", El Científico, Abril de 2012.) Hasta el 80 por ciento de los antibióticos utilizados en los EE. UU. Se alimentan a los animales, y el Consejo de Defensa de los Recursos Naturales criticó recientemente a la FDA por permitir que los productores de ganado incluyan 30 antibióticos diferentes en el alimento y el agua de los animales, 18 de que la propia agencia había calificado como de "alto riesgo" por introducir bacterias resistentes a los antibióticos en el suministro de alimentos para humanos.

Solo en los Estados Unidos, unas 23.000 personas mueren cada año por infecciones causadas por bacterias resistentes a los medicamentos. Muchos investigadores ahora están enfocados en desarrollar nuevos regímenes de tratamiento para combatir estas superbacterias mortales.

Si bien los debates sobre qué está impulsando la reciente avalancha de patógenos resistentes a los antibióticos y cómo detener mejor la marea bacteriana, muchos investigadores ahora se centran en desarrollar nuevos regímenes de tratamiento para combatir estas superbacterias mortales. Una cosa en la que la mayoría de estos científicos en el frente pueden estar de acuerdo es que la resistencia a los antibióticos no es un problema de solución única. Aquí, El Científico examina cuatro estrategias que se están explorando para vencer incluso a las bacterias más resistentes: modificar compuestos antiguos en clases de antibióticos completamente nuevos, combinar antibióticos modernos en una combinación de dos contra infecciones, complementar los antibióticos existentes con adyuvantes que pueden hacer que los patógenos resistentes sean susceptibles una vez más y revivir el campo raíces peinando el mundo en busca de nuevos compuestos antimicrobianos.

Explosiones del pasado

© JUSTIN GABBARD La era dorada del descubrimiento de antibióticos ha quedado atrás. A mediados del siglo XX, aparecieron en el mercado numerosas clases nuevas de antibióticos, y los científicos manipularon estas moléculas para crear versiones cada vez más poderosas de los medicamentos. Desde entonces, sin embargo, el pozo se ha secado. Incluso la genómica no ha logrado rescatar el estancado campo de los antibióticos, dice Anthony Coates, investigador de antibióticos en St. George's, Universidad de Londres, y fundador de Helperby Therapeutics.

Un enfoque que los investigadores están adoptando para romper el período de sequía es alterar los medicamentos antiguos, incluidos los que han sido abandonados por las grandes farmacéuticas, utilizando nuevas técnicas. Richard Lee, del St. Jude Children's Research Hospital en Memphis, Tennessee, por ejemplo, está estudiando un antiguo antibiótico llamado espectinomicina que se introdujo en la década de 1960 para tratar la gonorrea. Si bien el medicamento funcionó contra la bacteria de transmisión sexual, se requirieron grandes dosis y, finalmente, los fabricantes de medicamentos desarrollaron antibióticos más potentes. Aunque la espectinomicina solo tiene efectos débiles contra la mayoría de los microbios, Lee vio potencial en su remodelación para tratar ciertas infecciones bacterianas, gracias a su capacidad para unirse al ribosoma bacteriano y obstruir la síntesis de proteínas.

"Lo que podríamos aprovechar, que no estaba disponible hace 20 años, es la estructura cristalina de la espectinomicina unida al ribosoma", dice Lee. Con un ajuste para ajustar la forma en que la molécula se une al ribosoma, el fármaco modificado pudo combatir la tuberculosis in vitro y en ratones (Nat Med, 20: 152-58, 2014). Los cambios no solo mantuvieron la afinidad del fármaco por el ribosoma, sino que permitieron que el antibiótico evitara la bomba de salida que normalmente expulsa este fármaco de la bacteria de la tuberculosis. “Funciona mejor de lo que hubiéramos soñado”, dice Lee, aunque su potencia contra la gonorrea no mejoró.

Jason Sello, bioquímico de la Universidad de Brown, también ha descubierto que ligeros ajustes químicos pueden marcar una gran diferencia en la actividad antibacteriana. Su grupo ha estado jugando con la estructura de compuestos en forma de anillo llamados acildepsipéptidos (ADEP). Descubiertos en la década de 1980, los ADEP fueron inicialmente de interés para las compañías farmacéuticas debido a su actividad antibacteriana, pero finalmente se dejaron de lado en pos de otros esfuerzos y nunca se comercializaron. Un aspecto desfavorable de los ADEP es que las bacterias tienden a volverse resistentes a ellos con bastante rapidez, lo que hace que los medicamentos sean incapaces de eliminar una infección. Pero debido a que los ADEP funcionan de una manera que ningún otro antibiótico lo hace (activan la degradación generalizada de proteínas por la enzima bacteriana ClpP, que normalmente elimina las proteínas mal plegadas), son extremadamente atractivos para el desarrollo como medicamento para combatir las infecciones bacterianas, dice Sello.

Él y sus colegas se han centrado en la rigidez de la estructura cíclica de las ADEP y han descubierto que el fortalecimiento de los enlaces de hidrógeno del anillo puede aumentar el poder antibacteriano del compuesto, aparentemente al permitir que el fármaco entre más fácilmente en las células diana (J Am Chem Soc136: 1922 - 29, 2014). "La razón por la que es mejor para matar bacterias no es porque tenga un mejor mecanismo de acción, pero creemos que es más permeable a las células", dice Sello. Los estudios preliminares en modelos de ratón muestran que el ADEP modificado es bueno para tratar infecciones por estafilococos y Enterococcus y, hasta ahora, no hay evidencia de que el fármaco sea tóxico.

En la Universidad Estatal de Oregon, el microbiólogo Bruce Geller ha recogido otro descubrimiento que se hizo hace décadas. Los oligómeros de fosforodiamidato morfolino (PMO) son versiones cortas y sintéticas de material genético que se inventaron en la década de 1980. Su columna vertebral molecular los hace resistentes a las nucleasas, por lo que pueden escabullirse de las defensas de las bacterias contra el ADN extraño, y la secuencia de cada PMO está diseñada a medida para interferir con la expresión del ARNm de un gen en particular. El grupo de Geller unió las PMO a péptidos que penetran en la membrana para mejorar la entrada a las bacterias. Los PMO conjugados con péptidos (PPMO) resultantes son "el último tratamiento terapéutico de espectro estrecho, porque son específicos de especies y genes", dice Geller.

Geller ha diseñado PPMO para apuntar a una variedad de genes bacterianos, incluido el acpP, un gen necesario para la biosíntesis de lípidos. "Si lo eliminas, es un evento letal", dice. Efectivamente, cuando se trataron con PPMO específicos de acpP, los ratones infectados con Acinetobacter baumannii resistente a múltiples fármacos sobrevivieron durante al menos una semana, mientras que los ratones de control murieron, la mayoría en un día (J Enfermedades infecciosas, 208:1553-60, 2013).

Geller y los otros investigadores esperan que su trabajo algún día dé frutos en la clínica, pero por ahora, estos nuevos medicamentos que surgen de viejos descubrimientos siguen siendo solo un rayo preclínico de esperanza, con muchos años de trabajo por delante antes de que la medicina obtenga una nueva clase tan necesaria. de antimicrobianos. “La dificultad científica [de desarrollar un nuevo antibiótico] no debe subestimarse”, dice Coates.—Kerry Grens

Se requieren dos

© JUSTIN GABBARD Dadas las dificultades para llevar al mercado una clase completamente nueva de antimicrobianos, algunos investigadores están poniendo sus ojos en lo que consideran un objetivo más fácilmente alcanzable: combinar los medicamentos existentes en terapias más efectivas. “Encontrar un andamio químico nuevo que tenga todas las maravillosas propiedades químicas de los [antibióticos] que tenemos ahora será extremadamente difícil”, dice el biólogo químico de la Universidad McMaster, Gerard Wright. "Todos los antibióticos futuros deben desarrollarse como combinaciones".

Para explorar el potencial de las nuevas terapias combinadas, el microbiólogo Kim Lewis, director del Antimicrobial Discovery Center de la Northeastern University en Boston, analizó uno de los compuestos antibióticos ADEP aparentemente fallidos, ADEP4. Los científicos de Bayer Healthcare descubrieron el medicamento en 2005, pero luego lo abandonaron después de que experimentos in vitro mostraran que las bacterias desarrollaron rápidamente resistencia a él. Pero, al igual que Sello, Lewis y sus colegas pensaron que solo necesitaba un poco de ayuda. Así que combinaron ADEP4 con un antibiótico convencional, rifampicina, con la esperanza de que el tratamiento fuera eficaz —y se mantuviera eficaz— contra Staphylococcus aureus, que forma fácilmente biopelículas resistentes a los antibióticos que albergan células inactivas conocidas como persistentes. (Consulte "Persistentes bacterianas", El Científico, Enero 2014.)
La terapia funcionó mejor de lo que nadie se había atrevido a esperar: mientras que ADEP4 y rifampicina redujeron cada una las poblaciones microbianas in vitro y en ratones, administradas juntas eliminaron la bacteria (Naturaleza503: 365 - 70, 2013). “Lo que descubrimos inesperadamente fue que con la combinación de este compuesto de ADEP con otro antibiótico obtuvimos una esterilización completa”, dice Lewis.

Lewis y sus colegas aún no conocen el mecanismo preciso de vulnerabilidad que explotó la combinación ADEP4 / rifampicina, pero probablemente involucró la activación de ADEP4 de la proteasa ClpP. Activar ClpP para degradar proteínas de forma inespecífica en las células persistentes dentro de las biopelículas puede haber causado la descomposición de cientos de proteínas, lo que obligó a las células a auto-digerir, dice Lewis. Si bien algunas bacterias podrían haber evolucionado para carecer de ClpP funcional y, por lo tanto, resistir el ataque de ADEP4, la rifampicina, que inhibe la ARN polimerasa, probablemente intervino y mató a esas células. "Tenemos que hacer algunas pruebas de toxicidad adicionales, pero el objetivo es trasladar esto a estudios clínicos", dice Lewis.

Yanmin Hu, microbiólogo médico de St. George's, Universidad de Londres, y director de investigación de Helperby Therapeutics, también tuvo éxito recientemente con una terapia de combinación de antibióticos. Hu y el fundador de Helperby, Coates, utilizaron un cribado de alto rendimiento para identificar HT61, un pequeño compuesto antibiótico que exhibía actividad bactericida selectiva contra susceptibles a la meticilina. S. aureus (MSSA) y resistente a la meticilina S. aureus (MRSA) al despolarizar las membranas celulares bacterianas. “Pensamos, 'Está bien, si combinamos nuestro compuesto con los antibióticos existentes, veamos qué podemos conseguir'”, recuerda Hu. El resultado in vitro y en modelos de ratón: HT61 mejora las actividades antimicrobianas de los antibióticos tradicionales, especialmente los aminoglucósidos como neomicina, gentamicina y clorhexidina, contra MSSA y MRSA (J Químico antimicrobiano, 68:374-84, 2012).

Hu dice que la terapia combinada probablemente funcionó muy bien, mucho mejor que cualquier antibiótico administrado solo, porque HT61 esencialmente perforaba las membranas de las células bacterianas no divididas, permitiendo que los aminoglucósidos se inunden. Se usa como agente tópico en combinación con el antibiótico mupirocina, HT61 ha aprobado los ensayos de fase 1 y 2 para el tratamiento de infecciones latentes por MRSA, dice Hu. Ella y Coates también han identificado una gran cantidad de otros compuestos potenciales que podrían servir para mejorar los efectos de los antibióticos existentes. "Tenemos alrededor de 300 compuestos similares que muestran muy buena actividad contra organismos persistentes", dice Hu.

La idea de una bala mágica se ha ido. Necesitamos una escopeta mágica. —Gerard Wright,
Universidad McMaster

Los antibióticos también se pueden combinar con medicamentos no antibióticos existentes, como lo está haciendo Wright. En 2011, él y sus colegas examinaron más de 1,000 medicamentos aprobados en busca de compuestos que aumentaran la capacidad del antibiótico minociclina para combatir infecciones. Identificaron un conjunto de fármacos no antibióticos prometedores (para indicaciones tan diversas como la enfermedad de Parkinson, el síndrome del intestino irritable, el cáncer y la diarrea) que, en combinación con la minociclina, pudieron combatir infecciones de Pseudomonas aeruginosa, E. coli, y S. aureus in vitro y en ratones (Nat Chem Biol, 7: 348-50, 2011). "Realmente nos hemos perdido una sección completa del espacio objetivo de los antimicrobianos", dice Wright, quien agrega que cree firmemente que las terapias combinadas son la mejor manera de abordar la amenaza de la resistencia a los antibióticos. “La idea de una bala mágica se ha ido. Necesitamos una escopeta mágica ".—Bob Grant

Bacterias resensibilizantes

© JUSTIN GABBARD En lugar de combinar antibióticos con nuevos compuestos que tienen actividad antibiótica, algunos investigadores buscan simplemente agregar compuestos adyuvantes. Aunque los adyuvantes en sí mismos no pueden matar las bacterias, cuando se agregan a los regímenes de antibióticos vuelven susceptibles de nuevo a los microbios resistentes.

"Estamos desarrollando agentes para sensibilizar a las bacterias a los agentes que ya tenemos", dice el microbiólogo Anders Hakansson de la Universidad Estatal de Nueva York en Buffalo, quien en 2012 descubrió que el tratamiento con un complejo proteína-lípido de la leche humana podría potenciar el efecto de antibióticos comunes contra los resistentes a los medicamentos Neumonía por estreptococoe (MÁS UNO, 7: e43514, 2012).

Desde un punto de vista financiero, los adyuvantes antibióticos tienen sentido. Desarrollar y validar un sensibilizador de molécula pequeña para usar junto con un antibiótico existente debería costar mucho menos que desarrollar y validar un fármaco completamente nuevo. El objetivo es "extender la utilidad y la vida útil de los antibióticos existentes", dice el ingeniero biomédico James Collins de la Universidad de Boston. “Todavía hay algo de actividad, en algunos casos, del antibiótico, simplemente no llega al umbral de letalidad. El adyuvante permite cambiar ese umbral ".

Una forma en que los microbios están desarrollando resistencia a los antibióticos de primera línea es bloqueando la entrada del fármaco en la célula. Muchas bacterias gramnegativas plantean el desafío adicional de producir enzimas β-lactamasas que impiden que los antibióticos que contienen un anillo β-lactámico, como penicilinas, cefamicinas y algunos carbapenémicos, inhiban la biosíntesis de la pared celular bacteriana. E incluso si un antibiótico puede penetrar la pared celular bacteriana y evitar la degradación por las β-lactamasas en el citoplasma, el fármaco también debe luchar contra las bombas de eflujo para permanecer dentro de la bacteria el tiempo suficiente para matar la célula.

Es una tarea difícil, dice Laura Piddock, profesora de microbiología en la Universidad de Birmingham, quien dirige el Grupo de Investigación de Antimicrobianos allí. “Estas moléculas no solo tienen que atravesar la membrana externa [de la célula bacteriana], sino que luego tienen que atravesar todas estas enzimas, y luego es casi seguro que serán expulsadas”, dice ella. "Estas tres cosas juntas constituyen un desafío muy, muy difícil".

Pero los nuevos sensibilizadores adyuvantes pueden atacar cualquiera de estas defensas bacterianas (dañando las paredes celulares, inhibiendo la β-lactamasa o deteniendo las bombas de eflujo) y un puñado de empresas de biotecnología ahora tienen adyuvantes antibióticos en su proceso de descubrimiento y desarrollo. Por ejemplo, la firma con sede en Boston, cofundada por Collins, EnBiotix, está trabajando en potenciadores como los compuestos de plata que sensibilizan a las bacterias persistentes a los antibióticos existentes al aumentar la permeabilidad de la membrana bacteriana. Synereca, con sede en Oklahoma City, está trabajando para validar los inhibidores de la proteína bacteriana RecA, que desempeña un papel en la reparación del ADN recombinacional. Y Venus Remedies en Chandigarh, India, obtuvo la aprobación en un puñado de países el año pasado para vender Elores, un inhibidor de β-lactamasa combinado con el adyuvante antibiótico edetato de disodio.

Estamos desarrollando agentes para sensibilizar a las bacterias a los agentes que ya tenemos. —Anders Hakansson,
Universidad Estatal de Nueva York en Buffalo

Sin embargo, en general, el progreso ha sido lento, limitado en parte por la toxicidad de estas pequeñas moléculas. “La gente está empezando a buscar [adyuvantes antibióticos]”, dice Hakansson, “pero en este momento, no existe realmente una masa crítica de moléculas que realmente funcionen” sin causar efectos secundarios inaceptables.

Sin embargo, él y otros continúan buscando nuevos adyuvantes que puedan hacer que los antibióticos cada vez más inútiles vuelvan a ser efectivos. “Diferentes medicamentos se sinergizan entre sí”, dice Hakansson, quien visualiza un futuro en el que las infecciones bacterianas resistentes a los antibióticos se tratan de manera muy similar al VIH, con un cóctel de medicamentos. Una vez identificados y validados, los sensibilizadores adyuvantes podrían ser tan comunes en los estantes de las farmacias como los propios antibióticos. —Tracy Vence

Zona de descubrimiento

© JUSTIN GABBARD Desde la fortuita observación de Alexander Fleming en 1928 de que un Penicillium hongos impidieron el crecimiento de bacterias estafilococos, la búsqueda de nuevos antibióticos se ha centrado en gran medida en los hongos y microbios que viven en el suelo, con la esperanza de descubrir otro producto natural con la amplia eficacia y baja toxicidad de la penicilina. Pero a medida que las búsquedas más recientes resultan decepcionantes, algunos investigadores están recurriendo a nuevas fuentes (plantas, insectos y organismos marinos) para encontrar antibióticos que puedan matar nuestros patógenos más comunes y persistentes.

Cuando el químico Simon Gibbons de la Facultad de Farmacia de la University College London fue en 2008 en busca de plantas que alberguen compuestos con propiedades antimicrobianas, prestó especial atención a las que se han utilizado en la medicina tradicional, especialmente para la cicatrización de heridas. "Si se usa una planta como agente curativo de heridas, es muy probable que contenga sustancias químicas que matan las bacterias de la herida", dice. Aunque es más conocido por sus propiedades psicoactivas, el cannabis, históricamente ingerido en partes de Afganistán e India para tratar infecciones, encaja perfectamente. Gibbons y sus colegas aislaron cinco cannabinoides de Cannabis sativa y descubrió que cada uno era eficaz contra MRSA (J Nat Prod71: 1427-30, 2008). "No se ha confirmado in vivo, pero ciertamente en el laboratorio, sabemos que estas cosas matan a las bacterias resistentes a los medicamentos", dice.

Gibbons también ha encontrado sustancias químicas con propiedades antibióticas en otros grupos de plantas familiares. Por ejemplo, las plantas en el Allium género, que incluye ajo y cebollas, produce compuestos que contienen azufre que tienen actividad contra MRSA y Mycobacterium (J Nat Prod72: 360 - 65, 2009). Y muchos de los hipericos, la familia que incluye la hierba de San Juan, producen sustancias químicas llamadas acilfloroglucinoles que también eliminan eficazmente el MRSA in vitro (J Nat Prod75: 336 - 43, 2012). "Hemos tenido pistas. . . y una serie de compuestos, que han sido patentados ”, dice Gibbons, y esos compuestos ahora se están sintetizando y modificando para mejorar su actividad.

Andreas Vilcinskas de la Universidad Justus Liebig de Giessen en Alemania está utilizando otro vasto recurso para identificar nuevos compuestos antibacterianos: los insectos. “Los insectos son considerados el grupo de organismos más exitoso del mundo”, dice Vilcinskas, quien sospecha que una de las claves de su éxito es la capacidad de manejar microbios. Y es probable, agrega, que diferentes insectos tengan diferentes estrategias para protegerse contra los patógenos. "Estoy convencido de que la biodiversidad que ves a nivel de especies también se refleja a nivel molecular".

En 2012, decidió centrarse en las especies de insectos invasores, que hipotetiza tienen un sistema inmunológico particularmente fuerte que les permite tener éxito en nuevos entornos. Cosecha de hemolinfa de escarabajos mariquita arlequín (Harmonia axyridis), que han superado con éxito a los escarabajos nativos de todo el mundo, Vilcinskas descubrió más de 50 compuestos antimicrobianos novedosos. Un compuesto, llamado armonina, demostró actividad contra Mycobacterium tuberculosis y MRSA (Letras de biología, 8: 308-11, 2012), y el grupo de Vilcinskas ahora está haciendo modificaciones químicas a la armonina y otros compuestos para producir antibióticos aún más potentes.

Otros investigadores, como William Fenical de la Institución de Oceanografía Scripps en San Diego, California, han alejado por completo la búsqueda de antibióticos de los entornos terrestres. Desde aguas poco profundas en alta mar hasta profundidades de casi 6,000 metros (más de 19,000 pies), Fenical y sus colegas recolectan muestras del fondo del océano, luego cultivan los microorganismos contenidos y prueban los compuestos que producen contra microbios resistentes a los antibióticos como MRSA. "El setenta por ciento de la Tierra es el océano", dice Fenical. "Creemos que el océano tiene un potencial enorme".

El año pasado, el grupo detalló su descubrimiento de un antibiótico único elaborado por una especie de bacteria Streptomyces aislada de sedimentos marinos frente a la costa de Santa Bárbara. Llamaron al compuesto antracimicina debido a su alta actividad contra el potencial agente de bioterrorismo Bacillus anthracis, pero el compuesto también demostró inhibición de MRSA en ensayos de caldo de nutrientes (Angew Chem Int Ed, 52:7822-24, 2013).

Sin embargo, pasar del laboratorio a la clínica no es trivial, señala Fenical. Mejorar la solubilidad y actividad del compuesto, reducir su toxicidad y aumentar su producción pueden presentar desafíos. Y en etapas tan tempranas, queda por ver el impacto de estos descubrimientos sobre el problema de la resistencia a los antibióticos. “Para ser completamente honesto, el jurado está deliberando”, dice Wright de McMaster, cuyo grupo ha explorado compuestos hechos por microbios encontrados en una cueva mexicana aislada y en un manglar cubano. Sin embargo, dada la diversidad de productos naturales que se están descubriendo ahora, agrega, "ciertamente vale la pena explorarlo". —Abby Olena


Solo una superarma puede matar a las superbacterias, y la humanidad finalmente la encontró.

En 1945, en Nuevo México, los investigadores del Proyecto Manhattan realizaron la primera detonación de un arma nuclear que bañó el desierto con luz y cubrió el mundo durante décadas. En 2016, el suroeste vio otro presagio de destrucción.

Como explicó un informe del Centro para el Control de Enfermedades (CDC) de 2017, una mujer murió en un hospital de Nevada después de contraer una infección por enterobacterias resistentes a los carbapenémicos (CRE). Esta "superbacteria" era resistente a los 26 antibióticos disponibles en los Estados Unidos.

Aunque el caso de Nevada puede haber sido una llamada de atención para algunos en los Estados Unidos, desde hace años, los investigadores han estado observando el crecimiento de la crisis en todo el mundo. En 2014, el Dr. Keiji Fukuda, Subdirector de Seguridad Sanitaria de la Organización Mundial de la Salud (OMS), advirtió sobre el peligro ya presente y dijo: “Sin una acción urgente y coordinada de muchas partes interesadas, el mundo se encamina hacia una era, en la que las infecciones comunes y las lesiones menores que han sido tratables durante décadas pueden volver a matar ”.

El CDC estima que hay más de 23,000 muertes en los Estados Unidos cada año debido a bacterias resistentes a los antibióticos. India & # 8212 donde viajaba la mujer de Nevada cuando sufrió su herida fatal & # 8212 tiene la tasa más alta de resistencia a E. Coli en el mundo, según el Centro de Dinámica, Economía y Política de Enfermedades. En China, se está extendiendo la resistencia al fármaco colistina. Esto es particularmente preocupante, ya que la colistina ya se considera un último recurso, es un medicamento antiguo que puede causar daño renal, y los médicos solo lo retiraron del retiro porque los medicamentos modernos se han vuelto cada vez menos efectivos.

La resistencia a los antibióticos seguirá extendiéndose y representa una de las grandes crisis de salud de nuestro tiempo. Afortunadamente, hay investigadores trabajando para detenerlo.

Una solución genética

“Las bacterias desarrollarán resistencia a cualquier antibiótico o antimicrobiano dado el tiempo suficiente”, dijo a Digital Trends el Dr. Bruce Geller, profesor de microbiología en la Universidad Estatal de Oregon. "Debido a que han tenido una ventaja de 4 mil millones de años en la evolución de los mecanismos para adaptarse a entornos cambiantes, son muy, muy buenos para sortear cualquier antimicrobiano que puedan encontrar".

Durante años, biólogos como Geller han estado jugando al golpe evolutivo con las bacterias. Aunque los investigadores están armados con el conocimiento colectivo de la comunidad científica, las bacterias tienen la astuta flexibilidad de la naturaleza. Por cada herramienta que los humanos usan contra ellos, las bacterias desarrollan una contramedida. Si bien los antibióticos fueron una revolución en la medicina, en el momento en que los empleamos por primera vez, las bacterias comenzaron a transformarse.

Geller está explorando un enfoque único: en lugar de desarrollar otra forma de matar bacterias & # 8212 a las que eventualmente se volverán resistentes & # 8212, ¿por qué no volverlas a hacer vulnerables a los antibióticos ya existentes?

Con este fin, las armas de elección de Geller son moléculas sintéticas llamadas oligómeros morfolino fosforodiamidato conjugado con péptido y PPMO # 8212, para abreviar. Como puede haber adivinado por el nombre escandalosamente largo, los PPMO son bastante complejos para comprender cómo funcionan, primero debe comprender cómo funcionan los antibióticos y cómo las bacterias han aprendido a combatirlos.

Cómo funcionan las bacterias y los antibióticos

Las bacterias son organismos microscópicos unicelulares que se presentan en una variedad de formas. Al igual que otros organismos unicelulares, las células bacterianas tienen una pared celular que las rodea en bacterias específicamente, estas paredes contienen una sustancia llamada peptidoglicano, y esto puede ser esencial para el uso de antibióticos.

Un antibiótico está diseñado para destruir microorganismos como las bacterias. Para que un antibiótico funcione eficazmente, debe matar las células bacterianas sin destruir las células humanas, por lo que los biólogos diseñan antibióticos para atacar aspectos exclusivos de las células bacterianas. Por ejemplo, la penicilina evita que el peptidoglicano en las células bacterianas se una, dejando las paredes celulares débiles y propensas al colapso. Otra clase de antibióticos - sulfonamidas & # 8212 inhibe la capacidad de las células para producir ácido fólico. Esto está bien para las células humanas, que pueden absorber ácido fólico de fuentes externas, pero significa la muerte de las células bacterianas, que deben producir ácido fólico por sí mismas. Un tercer tipo de antibiótico, la tetraciclina, inhibe la síntesis de proteínas en las células, pero no se acumula en las células humanas lo suficiente como para dañarlas.

Por muy ingeniosos que sean los antibióticos, las bacterias siempre se adaptan. Algunos usan estructuras de proteínas llamadas "bombas de eflujo" para expulsar los antibióticos de sus células. Otros pueden reorganizarse, ocultando efectivamente partes de la célula que son vulnerables a los antibióticos. Otros producen enzimas & # 8212 como el objetivo de Geller, metalo-beta-lactamasa de Nueva Delhi (NDM-1) & # 8212 que pueden neutralizar los antibióticos.

El intestino humano por sí solo contiene más bacterias que células en el cuerpo humano.

Como si la naturaleza mercurial de las bacterias no fuera lo suficientemente aterradora, los investigadores deben lidiar con el hecho de que las bacterias también tienen un cómplice útil, aunque involuntario: nosotros. La resistencia se desarrolla y se propaga a través de procesos evolutivos naturales, pero el comportamiento humano le da un empujón útil.

¿Cómo se desarrolla la resistencia? Algunas células bacterianas desarrollan mutaciones aleatorias que dan como resultado estos mecanismos de resistencia. Cuando una ronda de antibióticos mata una población de bacterias, las células resistentes quedan vivas, capaces de reproducirse. Para empeorar las cosas, las bacterias no resistentes pueden adquirir resistencia de las células que la tienen, recibiendo una copia del gen que proporciona el mecanismo de resistencia.

Este proceso es completamente natural & # 8212 las bacterias inevitablemente desarrollarán resistencia a un antibiótico usado contra ellas & # 8212 pero se mueve más rápido debido al comportamiento humano. La primera tendencia que ha acelerado la propagación de la resistencia es que la sociedad simplemente usa demasiados antibióticos. Un informe de los CDC estima que al menos el 30 por ciento de las recetas de antibióticos en los EE. UU. Son innecesarias, muchas de estas recetas van a pacientes que padecen infecciones virales, contra las cuales los antibióticos son completamente inútiles.

A pesar de nuestra obsesión por la higiene, los humanos somos granjas de bacterias ambulantes. El intestino humano por sí solo contiene más bacterias que células en el cuerpo humano. Cuando un paciente toma antibióticos, las bacterias de sus intestinos pueden desarrollar resistencias, que luego pueden propagarse a otras personas.

Las personas no son las únicas criaturas que toman una cantidad excesiva de antibióticos, incluso los animales de granja han contribuido al problema. Durante años, los agricultores han administrado antibióticos a los animales destinados a la alimentación como vacas, pollos y cerdos. Esto no solo mantiene saludable al ganado (los animales enfermos son malos para el negocio), sino que también se ha demostrado que el uso de antibióticos aumenta el crecimiento de estos animales. Buenas noticias para los agricultores, pero terrible para cualquiera que esté preocupado por el aumento de superbacterias. La Administración de Alimentos y Medicamentos ha estado tratando de restringir el uso de antibióticos en el ganado, tomando medidas enérgicas contra la promoción del crecimiento.

El maravilloso mundo de los PPMO

Cambiar el comportamiento social es a menudo un proceso lento y difícil. El CDC espera reducir las recetas de antibióticos en un 15 por ciento durante los próximos años, un objetivo ambicioso dada la frecuencia con la que los pacientes exigen recetas para sus dolencias. Gracias al trabajo de investigadores como Geller, la guerra contra las bacterias puede dar un vuelco sin reformas radicales.

El mega arma de Geller es un PPMO diseñado para neutralizar los mecanismos de resistencia en las bacterias, dejándolas vulnerables a los antibióticos. “Esta molécula puede restaurar la sensibilidad a los antibióticos estándar ya aprobados en bacterias que ahora son resistentes a esos antibióticos”, dice Geller, lo que elimina la necesidad de invertir tiempo y dinero en el desarrollo de nuevos antibióticos. Entonces, ¿cómo funciona este PPMO?

Un PPMO es un tipo de molécula sintética que imita el ADN y puede unirse al ácido ribonucleico (ARN) de una célula. El ARN toma la información almacenada en el ADN de una célula y la traduce en proteínas que llevan a cabo las diversas funciones de esa célula.

Imagínese un gen como instrucciones, escritas en una carta. Normalmente, el ARN recibe esta letra y sigue las instrucciones, creando las proteínas adecuadas. En cambio, el PPMO intercepta la letra en el camino, reemplazándola por una que ordena al ARN que no haga nada. Entonces, el equipo de Geller puede crear un PPMO que se una al gen que produce NDM-1 & # 8212, una enzima que neutraliza los antibióticos & # 8212 y los silencia. De repente, la bacteria no tiene ningún mecanismo de defensa.

"La mayoría de los antibióticos estándar no se dirigen a los genes o la expresión de genes, se unen a estructuras celulares como ribosomas o membranas", explica Geller. “Nuestro enfoque es apuntar a los genes mismos, o más específicamente, apuntar al ARN mensajero que se elabora a partir de los genes. Nuestras moléculas se unen a un ARN mensajero específico y eso impide su traducción en proteína ".

Aunque los PPMO son sintéticos, no se crean a partir de “tierra, viento y fuego”, como dice Geller. El proceso comienza, como ocurre en muchas grandes noches, con la levadura de cerveza. Los químicos toman la levadura de las tinas de fermentación y extraen el ADN.

El equipo de Geller puede crear un PPMO que se una al gen que produce NDM-1 & # 8212, una enzima que neutraliza los antibióticos & # 8212 y los silencia.

Luego, los químicos descomponen el ADN, extraen algunas de las partes más valiosas y usan sus piezas como los bloques de construcción de la molécula. Aunque las bacterias son el objetivo de la molécula, no son el único obstáculo al que se enfrenta. El cuerpo humano, con todas sus defensas naturales, representa una amenaza, por lo que los químicos modifican el compuesto resultante, protegiéndolo de las enzimas del cuerpo humano que podrían desintegrarlo.

El proceso puede parecer lento, pero en realidad es notablemente rápido.“La verdadera belleza de esta tecnología”, dice Geller, “es que realmente acorta el tiempo de descubrimiento de un nuevo fármaco. Uno de los pasos más laboriosos y que requieren más tiempo en el desarrollo de fármacos es el descubrimiento. Cuando los científicos intentan descubrir una nueva droga, pueden pasar muchos años antes de que encuentren un éxito, algo que pensar podría ser una buena medicina ". Dado que el PPMO "realmente puede apuntar a cualquier gen, todo lo que tenemos que hacer es cambiar la secuencia de nuestro oligómero, podemos hacer un nuevo fármaco en cuestión de días, si no horas".

Geller ha estado trabajando en su investigación desde 2001 y los resultados no fueron fáciles. Trabaja con bacterias Gram-positivas, que tienen una capa gruesa de peptidoglicano en sus paredes celulares. Al principio de su investigación, sus moléculas & # 8212 que entonces eran solo PMO & # 8212 no podían penetrar las paredes celulares. ¿Cómo logró finalmente abrirse paso?

Si eres un señor de la guerra medieval que intenta abrir una fortaleza, usa una catapulta. Geller se conformó con los péptidos. Su equipo adjuntó péptidos que penetran la membrana a los PMO & # 8212 creando PPMO & # 8212 permitiéndoles perforar la pared celular. Una vez dentro, la molécula se pone a trabajar, se une al ARN y evita que traduzca genes.

Quizás el aspecto más útil del PPMO es que, debido a que silencia un gen en lugar de matar directamente a las bacterias, es menos probable que desencadene mecanismos de resistencia. Para estar seguro, Geller cree que los médicos deberían jugar con las probabilidades, usando dos antimicrobianos o compuestos al unísono, para disminuir las posibilidades de que cualquier bacteria sobreviva al tratamiento.

Nada es perfecto

A pesar de sus virtudes, los PPMO no están exentos de defectos. Para empezar, el equipo de Geller ha observado bacterias que muestran resistencia a la porción peptídica de la molécula. La fuerza y ​​la frecuencia de la resistencia difieren mucho según el péptido utilizado.

Más allá del nivel celular, existen otros inconvenientes. Geller enfatiza que no son soluciones de amplio espectro porque un PPMO está diseñado para apuntar a un gen específico, un médico necesitará conocer la aflicción exacta. En los casos en los que un paciente tiene una enfermedad a largo plazo, como la tuberculosis, un médico sabría exactamente a qué dirigirse. Si el médico no está seguro de cuál es la causa de la enfermedad, el PPMO sería prácticamente inútil.

Finalmente, el proyecto de Geller enfrenta las mismas limitaciones que cualquier investigación médica: tiempo y dinero. Aunque su equipo puede producir un PPMO rápidamente, Geller señala que la molécula estará sujeta al mismo proceso regulador por el que debe pasar cualquier fármaco antes de que pueda usarse en humanos. “Se necesitan muchos años para probar estos compuestos y desarrollarlos para que sean efectivos y seguros, de modo que finalmente puedan probarse en humanos”, dice. "Todavía estamos en la etapa de desarrollo".

El proceso de prueba durará todo el tiempo que sea necesario, pero la espada sobre nuestras cabezas cuelga cada vez más precariamente. La lucha contra las superbacterias no es nueva. El frente de la humanidad ha retrocedido poco a poco desde hace años, y el enemigo se arrastra sobre las puertas. Se necesitará todo el ingenio del mundo médico para detener la marea, y sin una sabia toma de decisiones por parte de los políticos y la sociedad en general, incluso eso puede no ser suficiente.


Ver el vídeo: Luchando contra la resistencia de las bacterias a los antibióticos - science (Mayo 2022).