Los efectos aleatorios dificultan la optimización del tratamiento antibiótico
Un equipo de investigación del Centro de Evolución de Kiel investiga el papel de la reducción del tamaño de la población bacteriana y los efectos aleatorios resultantes en la evolución de la resistencia a los antibióticos
Los patógenos resistentes a los antibióticos se han convertido en una de las mayores amenazas para la salud pública. En pocos años, las infecciones bacterianas antes inofensivas podrían dejar de ser tratables y volver a ser una de las principales causas de muerte no natural, como lo eran antes de que comenzara la era de los antibióticos hasta mediados del siglo XX. Las causas de esta crisis mundial son las crecientes tasas de resistencia entre los patógenos bacterianos, que siguen reduciendo el repertorio disponible de agentes antibacterianos. Su origen, se encuentra en el uso inapropiado y demasiado frecuente de los antibióticos en la práctica médica y en la ganadería. Los mecanismos básicos de la evolución de la resistencia, es decir, las adaptaciones de un patógeno al fármaco antibiótico, han sido bien estudiados experimentalmente y constituyen un importante campo de investigación en la Universidad de Kiel. Un factor importante en este contexto, pero que ha recibido poca atención hasta ahora, es el tamaño de la población del respectivo patógeno. En el transcurso de una infección con una bacteria dañina, se producen varias veces reducciones en el número de bacterias, los llamados "cuellos de botella" poblacionales. Esta diezma del número total de bacterias está causada, entre otras cosas, por las barreras corporales contra los patógenos invasores, el inicio de la respuesta inmunitaria y también el tratamiento con antibióticos. Los "cuellos de botella" pueden influir en la aparición de efectos aleatorios y, por tanto, en la evolución de la resistencia en el patógeno.
El Dr. Niels Mahrt investigó cómo la reducción del número de gérmenes en el curso de una infección influye en la aparición de efectos aleatorios y, por tanto, en el desarrollo de la resistencia a los antibióticos.
privat
Un equipo de investigación del grupo de Ecología y Genética Evolutiva de la Universidad de Kiel, dirigido por el profesor Hinrich Schulenburg, ha utilizado ahora el ejemplo del patógeno Pseudomonas aeruginosa para investigar la evolución de la resistencia bajo la influencia de dichos cuellos de botella en combinación con la presión de selección ejercida por los antibióticos. Un resultado central del nuevo trabajo es que los "cuellos de botella" hacen menos predecibles las adaptaciones del patógeno. Aplicado al contexto clínico, esto pone de relieve que la caracterización individual de los patógenos infecciosos podría ayudar a elegir la terapia antibiótica más eficaz. Los nuevos resultados de la investigación se han obtenido en el marco del Centro de Evolución de Kiel (KEC) y el Cluster of Excellence Precision Medicine in Chronic Inflammation (PMI) y se han publicado hoy en la revista Nature Ecology & Evolution.
Un factor poco conocido para la evolución de la resistencia
La reducción del tamaño de la población de un patógeno es un acontecimiento que se produce repetidamente durante una infección. Para investigar sus consecuencias en la evolución de los patógenos y, por tanto, en la evolución de la resistencia a los antibióticos, el equipo de investigación de Kiel realizó dos series de experimentos de evolución y analizó los cambios en las bacterias tanto fenotípica como genéticamente. "Realizamos dos experimentos de series temporales con la bacteria Pseudomonas aeruginosa y cada uno de ellos con diferentes antibióticos con distintos modos de acción. En los experimentos, variamos el tamaño de la población y la concentración de antibiótico", explica el Dr. Niels Mahrt, primer autor del estudio y hasta hace poco miembro del grupo de investigación de Schulenburg. "Pudimos observar que cuando el número de bacterias se reducía sólo ligeramente, se producía una rápida adaptación a las sustancias activas a través de vías evolutivas similares", continúa Mahrt. Este tipo de adaptación mediante cambios genéticos similares se denomina también evolución paralela.
Sin embargo, con una fuerte reducción del tamaño de la población del patógeno, se observaron cada vez menos de estas adaptaciones paralelas. "En el caso de cuellos de botella especialmente fuertes, la adaptación de la bacteria está fuertemente influenciada por el azar. Esto significa que las variantes genéticas que surgen al azar, que ofrecen una ventaja evolutiva para la bacteria, sólo encuentran pocas mutaciones en competencia y, por tanto, es probable que prevalezcan", resume Mahrt. "En conjunto, esto proporciona una clara evidencia de que la interacción entre los cuellos de botella de diferente fuerza y la presión de selección ejercida por los antibióticos altera fuertemente las trayectorias evolutivas hacia la resistencia y la aptitud de los patógenos", continúa Mahrt. La investigación de estos factores es, por tanto, esencial para una comprensión completa de la evolución de los patógenos y de las opciones terapéuticas resultantes".
¿Medicina de precisión en la terapia antibiótica?
Los nuevos resultados de la investigación de los científicos de Kiel añaden una dimensión adicional de complejidad al desarrollo de nuevas formas de terapia. La identificación de efectos robustos explotables, como la llamada "sensibilidad colateral", en la que la adaptación de un germen a un antibiótico lo hace sensible al mismo tiempo a un segundo agente, se hace así más difícil: según los nuevos resultados, la aplicación de tales principios universales podría verse gravemente limitada por la influencia de los efectos aleatorios, como sugieren las observaciones experimentales sobre el papel de los "cuellos de botella".
"Una posible respuesta a esta dificultad adicional podría ser llevar a cabo una caracterización precisa de los patógenos causantes y de su potencial de evolución de la resistencia en casos individuales de infecciones bacterianas", afirma Schulenburg, portavoz del KEC, cuya investigación en el Cluster de Excelencia del PMI incluye la terapia antibiótica individualizada para infecciones pulmonares crónicas. "Estos enfoques de medicina de precisión, en los que la condición específica de cada paciente constituye la base de un posible enfoque de tratamiento, son costosos, pero ofrecen nuevas oportunidades en el futuro, por ejemplo en la lucha contra las infecciones crónicas", continúa Schulenburg.
En general, el nuevo estudio aporta importantes conocimientos conceptuales que podrían servir de base para optimizar estrategias de tratamiento más precisas en el futuro. Éstas se basarán en una consideración más detallada de la situación individual de los pacientes y se centrarán en los mecanismos de resistencia específicos de los patógenos infecciosos.
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
Publicación original
Más noticias del departamento ciencias
Noticias más leídas
Más noticias de nuestros otros portales
Contenido visto recientemente
Descubren cómo recuperar el sabor tradicional del tomate - Un estudio internacional con participación del CSIC logra una ruta genética para mejorar el sabor de los tomates
Un estudio con investigadores del CSIC logra usar luz láser para manipular electrones de forma ultrarrápida - Este logro abre la puerta a acelerar la velocidad de procesamiento de datos y transformar la futura computación
Un nuevo método analiza en tiempo real la formación de biopelículas bacterianas - El estudio plantea usar proteínas de origen fágico para evitar la creación de biopelículas resistentes a antibióticos y desinfectantes
Haciendo desaparecer la superconductividad de alta temperatura para entender su origen - Los científicos han reunido pruebas que sugieren que un mecanismo puramente electrónico hace que los compuestos de cobre y oxígeno conduzcan electricidad sin resistencia a temperaturas muy por encima del cero absoluto
Bandejas para espárragos de plástico - En el camino hacia una bioeconomía orientada al ciclo, cada vez se presta más atención a los materiales residuales que antes no se utilizaban
Spacetek Technology anuncia el cierre con éxito de su Ronda de Financiación Semilla - Espectrómetros de masas de tiempo de vuelo (TOF-MS) inspirados en la tecnología espacial
Un nuevo modelo de IA transforma la comprensión de los marcos metalorgánicos - El "MOFtransformer" está diseñado para ser el ChatGPT de los investigadores que estudian MOFs
Aprendiendo del polvo: riesgos para la salud de las micropartículas - Propiedades como el tamaño, la forma y el estado de la superficie de las micropartículas influyen en su potencial de peligrosidad para el ser humano
Oro verde: Biomasa torrefactada para sustituir al carbón y al petróleo - Una start-up permite obtener productos químicos ecológicos a partir de madera y heno
Sustitución del gas natural en la industria química - La spin-off "Cyclize" de la Universidad de Stuttgart ha desarrollado un nuevo método
Los investigadores informan que el chip de detección química de aproximación al límite cuántico - El estudio muestra mejoras en el chip de detección química que tiene como objetivo la identificación rápida y precisa de drogas y otros productos químicos de rastro
