¿Sabes cómo se tratan las infecciones resistentes a los antibióticos?

Un equipo científico crea una 'píldora viva' para tratar infecciones resistentes a los antibióticos.

En el Centro de Regulación Genómica ( CRG ) junto con Pulmobiotics SL se han llevado a cabo investigaciones dirigidas por Luis Serrano y María Lluch, directores de ambas instituciones, respectivamente, cuyo propósito es investigar bacterias para tratar infecciones resistentes en implantes, creando así la primera 'píldora viva' para tratar biopelículas [1].

La idea de partida era buscar la manera de tratar infecciones en prótesis médicas (como catéteres o marcapasos), de manera segura y económica. Estas infecciones radican en bacterias tales como, el Staphylococcus Aureus generando biopelículas, que son resistentes a los antibióticos convencionales. Para poder eliminarlas era necesaria la extracción de los implantes mediante una cirugía. Otro método para combatirlas era usar anticuerpos o enzimas, pero resultan perjudiciales para tejidos y células sanas [1].

Por ello se inició esta investigación, con el fin de buscar una alternativa que no sea perjudicial para el paciente. Esta investigación se basó en la introducción de bacterias como vectores para que depositaran las enzimas, que se necesitan para tratar la infección, directamente en los biofilms.

El modo de actuar del equipo de investigación está basado en la transformación de una bacteria causante de estas infecciones, de modo que, en lugar de generarlas, ataque a los microbios que resultan perjudiciales.

Lo primero que hay que tener en cuenta para combatir los biofilms es qué son y cómo se forman: los biofilms son colonias de microorganismos que crecen en las inmediaciones de una superficie inerte o tejido vivo, de acuerdo con el crecimiento bacteriano en la naturaleza. Un ejemplo habitual, sería la placa dental que evita el desarrollo desmesurado de microorganismos que deterioran el esmalte dental. Cabe destacar que los biofilms están compuestos de aproximadamente un 97% de agua.

La formación de biofilms puede darse a partir de cualquier grupo de microorganismos, ya que gracias a las condiciones ambientales, son capaces de formarlos todos [2].

En este caso, el estudio es acerca de los biofilms formados en implantes médicos.

Imagen 1: Etapas de formación de un biofilm en un implante [3].

En la imagen 1, de izquierda a derecha se muestran las diferentes etapas de formación de un biofilm sobre un implante médico [4]:

1. Adhesión: si los microorganismos se encuentran en las circunstancias adecuadas, se sitúan sobre el implante y se adhieren a él.
2. Colonización: se forman colonias. La adhesión es irreversible.
3. Formación: se forma la matriz extracelular, formándose un biofilm maduro.
4. Crecimiento: aparecen intersticios y canales que sirven para el transporte de agua y nutrientes.
5. Dispersión: se desprenden fragmentos del biofilm que permiten la expansión del biofilm.

Otro punto a destacar para entender bien la noticia es como se lleva a cabo el proceso de transformación de una bacteria y es que el proceso de transformación de cualquier bacteria para convertirla en un bacteria competente tiene tres pasos básicos y comunes [5]:

• Preparación: modificación de la pared celular y permeabilidad de la membrana celular para la entrada del ADN extraño.

• Transformación: permite la entrada del ADN. Los principales métodos son: transformación por choque térmico y electroporación.

• Choque térmico: se somete a las bacterias a un cambio brusco de temperatura consiguiendo así que haya una diferencia de presión entre el interior y el exterior de la membrana celular, permitiendo así que el ADN que se desea introducir la penetre [6].

• Electroporación: permeabilización de las membranas celulares al aplicar impulsos eléctricos. Si la permeabilización es temporal, es reversible. Por el contrario, es irreversible cuando provoca la muerte celular por el daño causado en la membrana celular [7].

• Recuperación: incubación en un medio de recuperación. Se restablecen tanto la pared celular, así como, la membrana celular .

Video 1: Etapas de la transformación bacteriana para hacerla competente [8].

La bacteria elegida ha sido Mycoplasma pneumoniae, la cual consta de las siguientes ventajas [9]:

• No tiene pared celular, lo cual facilita su incorporación, sin ser rechazada por el sistema inmunológico.

• No transfiera su material genético a otros microorganismos adyacentes.

• Tras ser tratado, sus propiedades permanecen inalteradas.

Para llegar a la bacteria con las propiedades requeridas, lo que se hizo fue alterarla evitando la provocación de enfermedades nuevas y permitiendo la producción de las enzimas que actúan eliminando los biofilms y destruyendo las paredes de las bacterias infecciosas.

Para comprobar la efectividad de la bacteria modificada, se hizo un estudio en el que se utilizaron ratones con catéteres subcutáneos infectados a los cuales se les administraron diferentes tipos de cepas de Mycoplasma pneumoniae modificadas para comprobar si eran capaces de combatir dichos catéteres infectados. Tras la administración a los ratones se realizaron análisis PET (Tomografía por emisión de positrones) al primer y cuarto día midiendo la carga bacteriana e inflamación [9].

En concreto, el PET (análisis por emisión de positrones) es aquel en el que gracias a una sustancia radiactiva, denominada marcador, se detecta una patología en el cuerpo humano haciendo, por ejemplo, una resonancia magnética [10].

Imagen 2: Esquema de modificación de la bacteria y posterior inoculación de esta a un ratón[11]

En esta imagen se muestra un esquema previo al análisis PET, en el cual se hace un cultivo in vivo de bacterias infecciosas resistentes a los antibióticos y se introducen en el ratón, para posteriormente inyectarle bacterias modificadas a estudio para ver si son capaces de combatir la infección.

Imagen 3: Resultados análisis PET tras la introducción de diferentes bacterias modificadas [11].

En la imagen de la izquierda se muestra como aumenta la infección del primer al cuarto día, ya que la zona afectada que podemos observar señalada por la flecha, ha aumentado. En la imagen central vemos como disminuye la infección pero se provoca inflamación, ya que vemos como la zona amarilla ha aumentado. Y, por último, en la imagen de la derecha podemos concluir que la cepa no causó ningún efecto ya que tanto la zona amarilla como la señalada por la flecha no aumentaron ni disminuyeron.

Tras realizar el estudio, llegaron a la conclusión de que algunas cepas por sí solas causaban inflamaciones, otras no tuvieron efectos y en otras se observó como la infección había aumentado, por lo que el experimento no obtenía resultados positivos. Por otro lado, otro tipo de cepa logró disminuir la infección en un 20% al realizarla ex vivo, pero no se logró replicar el efecto in vivo. En resumen, era necesario combinar diferentes cepas para que se lograra reducir la infección significativamente sin producir inflamación [9].

A modo de reflexión, esta investigación ahora mismo está en desarrollo, pero, se podría decir que gracias a ella en un futuro sería la solución para la mayoría de los problemas derivados del uso de implantes en aquellos pacientes que los necesitan, ya que se conseguiría reducir notablemente las infecciones que se originan en dichos implantes y que son motivo de segundas intervenciones que se podrían evitar, usando simplemente una bacteria modificada, o como la nombran en la investigación, 'píldora viva'.

¿No os parece un estudio interesante y necesario?

REFERENCIAS

[1] Noticia: https://biotech-spain.com/es/articles/un-equipo-cient-fico-crea-una-p-ldora-viva-para-tratar-infecciones-resistentes-a-los-antibi-ticos/ (Diciembre 2024)

[2] Definición de biofilm: https://scielo.isciii.es/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S1137-66272005000300002 (Diciembre 2024)

[3] Imagen 1: Ejemplo de biofilm: https://biofilmtest.com/es_es/que-son-los-biofilms/#:~:text=%C2%BFQu%C3%A9%20son%20los%20biofilms%3F,h%C3%BAmedo%20y%20rico%20en%20nutrientes. (Diciembre 2024)

[4] Etapas de formación de un biofilm https://biofilmtest.com/es_es/que-son-los-biofilms/ra-elimina-bacterias-formadas-en-la-superficie-de-implantes-medicos-despues-de-la-cirugia.html (Diciembre 2024)

[5] Transformación bacteriana: https://goldbio.com/articles/article/Celulas-Competentes-Transformacion-Bacteriana?srsltid=AfmBOoqjlJv2PffY4mHdxqeRZgpFgq-C2afpMoR99L_-0ByRoNOnEkdS (Diciembre 2024)

[6] Definición de choque térmico: https://lagenoteca.com/articulos/transformacion-bacteriana-un-proceso-biologico-revolucionario/ (Diciembre 2024)

[7] Definición de electroporación: https://www.igeamedical.com/es/electroquimioterapia/electroporacion (Diciembre 2024)

[8] Vídeo 1: Transformación bacteriana: https://www.youtube.com/watch?v=0fWe0cyOg10 (Diciembre 2024)

[9] Artículo científico: Garrido, V., Piñero‐Lambea, C., Rodriguez‐Arce, I., Paetzold, B., Ferrar, T., Weber, M., … María Lluch‐Senar. (2021). Engineering a genome‐reduced bacterium to eliminate Staphylococcus aureus biofilms in vivo. Molecular Systems Biology, 17(10). https://doi.org/10.15252/msb.202010145 (Diciembre 2024)

[10] Análisis PET: https://medlineplus.gov/spanish/ency/article/003827.htm#:~:text=Una%20tomograf%C3%ADa%20por%20emisi%C3%B3n%20de,funcionando%20los %20%C3%B3rganos%20y%20tejidos (Diciembre 2024)

[11] Imágenes 2 y 3: https://www.embopress.org/cms/10.15252/msb.202010145/asset/e9805c80-64c1-4cae-9c47-4d48daa86dcd/assets/graphic/msb202010145-fig-0006-m. png (Diciembre 2024)

Autores

Julia Ocaña García

Soraya Martín Dobao 

4º Química UCO

Química, Historia y sociedad.