Posible final de la era de los antibióticos
Los últimos avances en comunicación bacteriana están transformando el futuro de la biomedicina
La investigación en comunicación bacteriana ha dado un giro sorprendente al tratamiento de las enfermedades. El incremento y la implementación del denominado quorum bacteriano se presenta como una potente alternativa al tratamiento convencional de las enfermedades infecciosas tal y como han publicado investigadores de la Universidad de Calorina del Sur recientemente. Por Anabel Paramá.
¿Considera que toma demasiados antibióticos? ¿Le gustaría tener una alternativa al uso de los antibióticos para combatir enfermedades? La investigación biológica y biomédica está implementando lo que podría ser una de las mejores alternativas a los antibióticos. Esto podría llegar a ser posible en un futuro. Parece que estamos ante una nueva era en la que la cura de infecciones bacterianas podría llegar a realizarse de una manera más natural.
Esto nos podría conducir a una transformación en el tratamiento de las enfermedades bacterianas. Además, podría solventar el alarmante incremento de resistencia bacteriana a los antibióticos. Esta idea es la que exponen investigadores del laboratorio de interacción microbiológica y del Departamento de Química y Bioquímica de la Universidad de Calorina del Sur en una reciente publicación en la revista Frontiers in Microbiology.
En el trabajo al que hacemos referencia se prueba una manera de atacar las biopelículas que forman las bacterias y que son responsables de enfermedades crónicas. Estas biopelículas son auténticas comunidades bacterianas altamente organizadas que crecen adheridas a una superficie. Son capaces de evadir las defensas del huésped y resistir terapia con antibióticos, lo que contribuye a la cronicidad de las infecciones. Se ha estimado que, incluso, esta actividad es la responsable del 80 % de las infecciones hospitalarias.
Pues bien, estos investigadores demuestran la funcionalidad de nanopartículas de óxido de silicio (Si-NPs) recubiertas con beta-ciclodextrina para aumentar el papel de otros agentes que son capaces de debilitar la comunidad bacteriana causante de infecciones.
Comunicación bacteriana
Durante mucho tiempo se creyó que únicamente los organismos multicelulares, los más complejos, tenían capacidad de comunicación intercelular. Sin embargo, el descubrimiento de la existencia de este tipo de comunicación entre organismos tan simples como son las bacterias, ha permitido saber que pueden relacionarse entre sí, estableciendo actividades coordinadas.
Este descubrimiento ha alterado la concepción que existía de estos pequeños microorganismos. Así, las bacterias han dejado de ser consideradas como organismos simples, carentes de habilidades sociales e incapaces de comunicarse con sus semejantes, con la única finalidad de captar alimento y dividirse para generar nuevas bacterias. Ahora bien, debemos advertir que “esta concepción de comunicación no es considerada como tal en el ámbito de las ciencias sociales”, tal y como nos ha indicado personalmente el profesor Valero Matas de la Universidad de Valladolid.
El “lenguaje” empleado en este sistema de comunicación consiste en un mecanismo de liberación al medio de pequeñas moléculas bioquímicas, del tipo de las feromonas, denominadas autoinductores, mediante el cual pueden transmitir información desde un punto concreto hasta todo el conjunto del órgano o tejido. Este sistema es el denominado quorum sensing o percepción de quórum (QS).
Los autoinductores son reconocidos por receptores específicos de las bacterias una vez que han logrado sobrepasar el umbral de concentración, provocando cambios en la regulación génica. Gracias a la utilización de estas señales, las bacterias tienen la capacidad de detectar la densidad poblacional y en el momento en el que alcanzan el umbral, pueden emitir un ataque coordinado que les permita la superación de las barreras de defensa del huésped, adaptar nuevas formas de crecimiento como la formación de biopelículas, responder a diversas condiciones ambientales y/o presencia de competidores y posibles hospedadores a los que invadir, así como, la producción de factores de virulencia, entre otros. Por tanto, pueden colaborar, competir e intercambiar información de forma coordinada.
Colgando el móvil bacteriano
El descubrimiento de los mecanismos que regulan este proceso de comunicación ha llevado consigo la sospecha de la posibilidad de interrumpir esta comunicación. De este modo, las bacterias podrían ser silenciadas y aisladas, por lo que carecerían de estrategias grupales para adaptarse al ambiente del huésped, se volverían antisociales y, consecuentemente, podrían ser eliminadas por las propias defensas del hospedador. Es el conocido quorum quenching (QQ) o interferencia sobre los mecanismos de quorum sensing.
En base a este conocimiento, está tomando fuerza el diseño de estrategias o métodos no citotóxicos que permitan luchar contra las infecciones al tiempo que limiten el riesgo de resistencia a los fármacos, ya que no afectan directamente a la supervivencia del patógeno, sino a la expresión de los factores de virulencia.
En este sentido, la profesora Casal del grupo de investigación de Biotecnología y Acuicultura de la Universidad de Santiago de Compostela ha afirmado, respecto al ámbito acuícola, que “la mayor parte de las bacterias patógenas que hay en acuicultura utilizan este mecanismo para organizarse y atacar, no solo a los peces, sino a plantas y animales, entre los que nos encontramos los humanos”, según han indicado en una entrevista realizada para Ipac. Lo que muestra las posibilidades que abre este tipo de investigaciones.
El trabajo al que estamos haciendo referencia prueba la funcionalidad de nanopartículas de óxido de silicio (Si-NPs) recubiertas con beta-ciclodextrina para aumentar el papel de agentes quenching in vitro que debiliten la comunidad bacteriana causante de infecciones.
Las Si-NPs, tienen un amplio rango de aplicaciones en la industria biomédica debido a su alta biocompatibilidad y cuyo tamaño de partícula es fácilmente controlable. El diseño realizado por este grupo de investigadores tuvo como objetivo transportar componentes que actuaran como moléculas señal quenching (las que cortan la comunicación). Y ¿como actuarían? La eliminación de señales del medio impide que se produzca la unión entre la molécula y su receptor, por lo que los investigadores hipotetizan que este proceso hará que se apague el QS y la comunidad bacteriana queda silenciada.
Las nanopartículas se unen a las moléculas señal emitidas por las bacterias impidiendo la comunicación entre ellas bloqueando de esta manera el QS bacteriano. De hecho, este mecanismo bloqueó la capacidad de comunicarse silenciando y aislando alas bacterias.
Según estos investigadores, esta tecnología podría suponer una futura herramienta dirigida específicamente a la interrupción de la comunicación bacteriana, pudiendo emplearse para penetrar en las biopelículas y así eliminar infecciones, muy difíciles de tratar hoy en día con los fármacos actuales.
Posibilidades futuras
Hablar de quorum sensing o quorum quenching no es hacer referencia exclusivamente a la reducción de problemas sanitarios. Aunque evidentemente es lo que más nos interesa. En febrero de este año, investigadores chinos y estadounidenses han publicado un interesante trabajo en Journal of Bacteriology en la que identificaban nuevas estructuras de regulación de las redes de comunicación de la bacteria Rhizobium. Esta bacteria tiene gran interés agronómico en la plantación de especies forestales, agrícolas e, incluso, en el cultivo de hongos, ya que este organismo desarrolla simbiosis con plantas mejorando su porte y crecimiento.
Por otro lado, investigadores norteamericanos han realizado una destacada revisión en la revista Nature Reviews Microbiology sobre la generación, regulación y control de las biopelículas de la bacteria productora de cólera. Ello podría sentar las bases de la consecución de tratamientos alternativos a una enfermedad que según la Organización Mundial de la Salud provoca entre 3 y 5 millones de casos de infección anuales.
Pero las posibilidades que ofrecen estos estudios van mucho más allá del fomento de la simbiosis para mejorar el crecimiento de determinadas especies o de reducir la comunicación para evitar patologías. Cláudio Nunes-Alves en otro reciente artículo de Nature Reviews Microbiology publicado en abril del 2015 habla de “Microbioma” para hacer mención a ese nuevo mundo biológico constituido por bacterias en los que existen esos procesos de comunicación. El conocimiento de los entresijos de este microbioma podría hacer que nuestro proceso de envejecimiento fuese mucho mejor.
Por todo ello parece que la comunicación bacteriana ha abierto las puestas a un conocimiento que hace unos pocos años no era sospechado por nadie. Las posibilidades son innumerables. No le pierdan el rastro a este tipo de investigaciones.
Anabel Paramá Díaz es Doctora en Biología. Colaboradora honorífica de la Escuela de Enfermería, campus “Duques de Soria”, Universidad de Valladolid. Directora del Centro de Estudios y Asesoramiento Gallaecia (CEASGA).