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Sobre bacterias y su resistencia a los antibióticos
Universidad Nacional De Río Negro
Cátedra: microbiología
Alumno: Maidana Neri
Introducción:
En el presente texto se abordara, de forma general, las principales formas en la
que podría un organismo, en este caso un grupo de bacteria, volverse mas
resistente a los antibióticos como respuesta a un estimulo ambiental.
Estos organismos como los enterococcos, son habitantes “comunes” de
nuestra superficie corporal, Como lo son también E. Coli de nuestro colon u
otros órganos digestivos.
Pero algunas de estas bacterias pueden causar varios problemas. Algunos
pueden llegar a ser mortales, si penetran por una herida a nuestro torrente
sanguíneo, o algún órgano especifico. Las pestes que en algún momento de la
historia disminuyeron la población mundial de la especie humana, fueron
causadas por bacterias como Yersinia pestis causante de “la peste negra”.
Dichas enfermedades fueron “controladas” con el avance de la tecnología;
tanto como instrumentos y técnicas de identificación como para actuar
biológicamente de forma directa sobre ellas.
Con el descubrimiento que se le atribuyo a Alexander Fleming, de la penicilina,
estos males fueron controlados con la creación, aplicación, venta de vacunas y
antibióticos. Este echo género un crecimiento exponencial de la industria
farmacéutica, la cual llevo a desarrollar nuevos antibióticos como glucopeptidos
o aminoglucosidos. Antibióticos como estos son sintetizados en laboratorios y
actúan a nivel capsula bacteriana o inhibiendo a los ribosomas en la síntesis de
sus vitales proteínas.
Pero el uso desmedido y sistemático de antibióticos ha generado que bacterias
que eran sensibles a un grupo de estos, dejaran de serlo para volverse
resistentes a ellos. Las bacterias se adaptan, sobreviven, y heredan esas
características que las ayudaron a sobrevivir.
Pero ¿Como es posible que organismos tan elementales y relativamente
sencillos sean capases de dar respuesta, en tan poco tiempo, a los ataques por
partes de antibióticos? o ¿como es que estos organismos transfieren esas
nuevas adaptaciones (producto de la presión ejercida sobre ellos), a otros
individuos, para su conservación y la de su propia especie?
La teoría clásica de la evolución ofrece una primera explicación para este
fenómeno. Mutaciones aleatorias, errores de la naturaleza que acaban
resultando una ventaja en un medio adverso, que van seleccionando a los mas
aptos y con mejores condiciones genotípicas y fenotípicas, para que hereden
sus características.
Pero la teoría de la selección natural no seria suficiente para responder todas
las preguntas que surgen en relación a las rápidas respuestas de las bacterias
a los antibióticos. Para poder tener una idea mas acertada de como suceden
estos fenómenos deberíamos centrarnos en las interacciones que tienen las
bacterias entre si, y como estas se pasarían esas variaciones, que les
confieren resistencia, de unas a otras.
Desarrollo:
Para poder comprender mejor como las bacterias se transfieren información, y
así poder resistir las presiones en su ambiente, debemos hacer un paso
inevitable sobre la estructura molecular en donde esta “guardada” toda la
información genética de cada organismo vivo, el ADN (figura: 1). El acido
desoxirribonucleico es la molécula compuesta principalmente por dos cadenas
de nucleótidos, que se disponen en forma helicoidal, (figura: 2). Cada
nucleótido esta formado por un grupo fosfato, una molécula de azúcar que
puede ser ribosa o desoxirribosa y unida a esta una de 5 posibles bases
nitrogenadas; citosina, Guanina, adenina, timina y uracilo. Estas bases
nitrogenadas se unen entre si por puentes de hidrogeno, además de otras
uniones que le confieren la forma de una hélice al ADN.
La disposición y configuración de cada base nitrogenada es lo que le confiere
identidad a cada unidad de herencia (gen).
Ahora
bien,
¿Como suceden
esos errores a los
que
hicimos
referencia?
Esos
errores
suceden a la hora
de la duplicación
del ADN, en toda
división celular.
En el proceso de
duplicación
del
ADN la enzima
que va uniendo las
bases
nitrogenadas
(ADN polimerasa)
se equivoca con
Figura 1: estructura helicoidal del ADN.
Una frecuencia de (1/10^8): es decir que cada individuo bacteriano solo tiene
una probabilidad en cien millones de sufrir, en una generación, una mutación
que afecte a un gen determinado. Pero es importante notar que las poblaciones
bacterianas se hacen muy numerosas a gran velocidad. Si el medio es
favorable, un coliforme podría dividirse cada hora, de tal forma que la población
alcanza los 2^24, es decir casi 10^8, al cabo de 24hs. En un clon que se haya
multiplicado durante al menos 24hs hay, pues, muchas posibilidades de que
una mutación especifica, por ejemplo la de resistencia a la estreptomicina, se
haya producido como mínimo al menos una vez. (LAMOTTE y L´HERITIER
“biología general” Pág.13)
Para ilustrar mejor citare un
ejemplo extraído de “leyes y
mecanismos de la herencia” de
LAMOTTE y L´HERITIER.
Supongamos que inoculamos una
bacteria en un medio de cultivo.
Esta se multiplicara asexualmente
y dará lugar a una población o clon.
Figura 2: estructura básica de un
Nucleótido.
Mientras los clones sean poco numerosos, todos los cuerpos bacterianos
individuales presentaran propiedades idénticas: son perfectamente
intercambiables y la población es homogénea.
Con el tiempo, sin embargo, la cantidad de individuos en el clon se eleva
rápidamente a millones, y hasta a miles de millones. Frente a esta numerosa
población, podremos hacer tres observaciones fundamentales:
1. con mayor o menor frecuencia se van a encontrar sub. clones que
presenten caracteres excepcionales. Estos sub. clones excepcionales
derivan de individuos denominados mutantes cuyo origen es el
siguiente: en el transcurso de la multiplicación del clon, ciertos cambios
bruscos, o mutaciones, de los caracteres hereditarios han afectado aquí
y allá a determinados individuos. cada individuo afectado por una
mutación ha transmitido el cambio genético a su descendencia y ha
dado lugar a un sub. clon de individuos mutantes.
Las diferencias entre los mutantes y el individuo inicial del cultivo suelen
ser muy diversas. Así, el cultivo original puede ser sensible al antibiótico
estreptomicina, es decir, incapaz de desarrollarse cuando el medio
contiene este antibiótico en una concentración superior a cierto nivel.
Por otro lado, van a aparecer sub. Clones que podrán desarrollarse en
concentraciones bastante superiores al nivel umbral.
2. varias mutaciones sucesivas pueden acumularse en la misma línea.
Estas mutaciones conducen a una divergencia, por etapas sucesivas y
cada vez mayores, del clon original.
3. las mutaciones no tienen lugar en un solo sentido. Por tanto, la mutación
no es un hecho del todo irreversible: los cambios son posibles en ambos
sentidos.
Necesariamente, la mutación consiste en un cambio a nivel genes (segmentos
de ADN que conferirán una característica en particular), y por tanto a nivel
macromolecular, pero solo nos damos cuenta del suceso en una forma algo
indirecta, en base a las consecuencias que sufren las propiedades del
organismo.
A demás de la herencia de características, por medio de la reproducción
asexual, las bacterias cuentan con varias formas de “compartir” su material
genético. “Muchos genes son capaces de moverse, de “saltar” de cromosoma
en cromosoma, de un organismo a otro e incluso de una especie a la otra- la
consecuencia de estos movimientos, por muchos años ignorados, son
enormes.” (H. Curtis. “biología” 7ª edición. Pág.249) Estos procesos son:





la conjugación o transferencia directa de ADN de una bacteria a la otra
la transformación o captación directa de fragmentos de ADN del medio
circundante.
La infección viral por medio de la incorporación del acido nucleico de un
genoma viral.
La transducción o transferencia de material genético bacteriano
empaquetado en partículas virales de una célula a la otra.
La transposición de genes de cromosomas de una misma célula y entre
otras.
Los plásmidos y la conjugación:
Aunque el cromosoma bacteriano contiene todos los genes necesarios para el
crecimiento y la reproducción de la célula, virtualmente todos los tipos de
bacterias contienen moléculas de ADN adicionales conocidas como plásmidos.
Los plásmidos, ADN circular,
muchos mas pequeños que el
cromosoma
bacteriano,
puede llevar desde apenas
dos genes hasta mas de 100.
Estos
genes
están
relacionados
con
la
producción de pilis, toxinas, o
resistencia a las drogas; entre
otras miles de funciones.
Figura 3: traspaso de genes del
plásmido en bacterias
La conjugación (Fig. 3) es el proceso por el cual una célula transfiere Su
información genética de una Célula a otra, ya sea por medio de pilis
especializados o por fusión de sus membranas.
Los genes de resistencia también pueden transferirse de un plásmido a otro, de
este modo un solo plásmido puede recolecta hasta 10 genes de resistencia, y
hacer resistente hasta a 10 antibióticos diferente a la célula que lo contiene (y a
cualquier célula que se lo transfiera). Los genes de resistencia también pueden
transferirse de los plásmidos al cromosoma bacteriano, a los bacteriófagos, y lo
más inquietante de todo, a bacterias de otras especies.
La transformación:
Además de la transferencia de genes de forma vertical, de la célula madre a las
células hijas durante la división celular y la conjugación, el ADN también puede
penetrar en una célula bacteriana por el fenómeno de transformación (Fig. 4).
Naturalmente, determinadas bacterias poseen mecanismos que le permiten
capturar ADN libre del medio que las rodea, ya que posee un conjunto de
genes específicos vinculados a estos procesos.
Esa adición de ADN
libre le puede conferir
a la célula que lo
incorpora
propiedades
que
anteriormente
no
poseía.
Figura 4: incorporación de ADN libre
La infección viral y la transducción:
Los virus también juegan un papel en el traspaso de ADN de una célula a la
otra, a través de sus ciclos
reproductivos.
Estas capsulas proteicas
contienen ADN con su
información genética dentro.
Debido a que no presentan
ninguna
actividad
metabólica necesitan de de
la “maquinaria” biosintetica
de las células para poder
duplicar su ADN y así
reproducirse.
Figura 5: traspaso de adn por virus.
Cuando las proteínas de un bacteriófago reconocen las proteínas de la
membrana de una bacteria, esta se adhiere a ella y le “inyecta” su ADN. Ese
ADN se une al ADN de la célula modificando los patrones de su
comportamiento.
El virus puede quedar en estado de latencia y expresarse luego, o puede
empezar a sintetizar nuevas capsides para los nuevos virus. Los nuevos virus
destruyen a la célula y quedan en libertad para luego infectar otras.
En la formación de nuevos virus, fragmentos de ADN de la bacteria junto con
el ADN del virus, pueden ser guardados dentro de la nueva capside, para ser
traspasados a otras bacterias.
En el caso de que el virus quede en estado de latencia ese ADN viral puede ser
traspasado a otras bacterias por conjugación.
Este proceso es aplicable también a los genes que codifican resistencia a
antibióticos, ya que alguno de estos genes pueden ser transportados por los
virus.
Transposones
Los transposones son segmentos del genoma de una célula procariota o
eucariota que por medio de enzimas son cortados y transportados a otro sector
del genoma. Fig. 6
En las bacterias, los transposones, se encuentran como segmentos de ADN
integrados al ADN cromosómico. Contienen un gen que codifica la enzima
transposasa, que cataliza el corte y la posterior inserción del transposon en un
nuevo sitio al azar. Un transposon puede moverse de un lado a otro en un
cromosoma o de un cromosoma a otro, por lo que se ha dado en llamarlos
“genes saltarines”. Estos también son responsables de algunas mutaciones a la
hora de la replicación.
Es posible detectar la inserción de un transposon por sus productos génicos,
que pueden ser enzimas que otorgan a las bacterias resistencia a drogas.
Cuando uno de estos “genes saltarines” lleva genes para resistencia a drogas,
puede transferirlos por esos mecanismos rápidamente de un plásmido a otro,
de la misma u otra bacteria, o de un plásmido a un cromosoma bacteriano y de
el de nuevo al plásmido.
Así
se
pueden
acumular
resistencias
a
distintos
antibióticos.
Estos son algunos de los
métodos y estrategias que
utilizan las bacterias para
poder resistir a los disturbios
en su medio.
Estas adaptaciones son la
clave para que ellas, las
bacterias, desarrollen
y
Dispersen sus mutaciones
Que les confieren dicha
resistencia a los antibióticos.
Figura 6: Inserción de un transposon en un
plásmido.
Conclusión
Millones de bacterias viven alrededor nuestro. Muchas de ellas inofensivas
para el hombre, o para otras formas de vida. Pero también muchas de ellas
afectan tanto a animales como plantas u hongos. Algunas como enterococcus
pueden llegar a ocasionar problemas si llegan, por cualquier vía, al interior de
un organismo. .
Los enterococos, staphylococos o pseudomonas son bacterias que se
encuentran en casi todos los ambientes. Estos organismos son de los más
resistentes a los antibióticos, Debido a la presión selectiva que se ejerció sobre
ellos. El aumento de la resistencia a antibióticos genera preocupación mundial
ya que supone la reaparición de enfermedades que se creían ya
desaparecidas.
El uso de antibióticos para la producción industrial de alimentos es
seguramente una de los motivos por el cual las bacterias se hicieron
resistentes.
En la producción a gran escala de carne animal para consumo, los animales
son alimentados con un porcentaje de antibióticos desde un primer momento.
Este hecho supone poner en contacto a las bacterias con los antibióticos, se
adaptan a la presencia de este generando así una resistencia a ellos.
Lo mismo ocurre en las extensas áreas de plantaciones para consumo, en
donde se utilizan cantidades de fármacos importantes para el mejor
rendimiento de esos cultivos.
Esos alimentos supondrían un reservorio de bacterias resistentes que luego
serian consumidas e incorporadas por personas en todo el mundo.
Hay estudios como los de María Conconi, Luis Merino y Gustavo Fernández del
área de bacteriología de la Universidad Nacional Del Norte en Resistencia,
Chaco. Que se centra en el estudio de la presencia de enterococos resistentes
a altos niveles de aminoglucocidos y glucopeptidos, en los alimentos sin
cocción previa como la lechuga (Lactuca sativa) con el fin de evaluar su posible
papel como reservorio de resistencia a antimicrobianos.
Otro factor que ayudaría al proceso de resistencia de las bacterias, es el mal
manejo e intereses económicos por parte de las empresas farmacéuticas.
Tanto a nivel local como a nivel internacional si no se establecen políticas para
el uso correcto de estos fármacos, como la venta bajo receta obligatoria)
seguiremos contribuyendo a que bacterias sigan siendo aun mas resistentes.
El mal uso de antibióticos a nivel hogar también es un factor clave, ya que el
incumplimiento de los tratamientos con fármacos
Una posible solución seria el desarrollo de nuevas tecnologías como el de
antibióticos que cambiaran el comportamiento patógeno de ciertas bacterias
para no matarlas, y así disminuir la presión selectiva que se ejerce sobre ellas.
De este modo evitar que las bacterias muten genéticamente y no desarrollen
medidas de resistencia. Pero ese es un capitulo aparte.
Bibliografia:



Maxime LAMOTTE y Philippe L´HERRITIER. “Biología General, leyes y
mecanismos de la herencia” primera edición 1975.
Helena CURTIS “Bologia” 7ª edicion
María Conconi, Luis Merino y Gustavo Fernández “detección de
enterococos resistentes a altos niveles de aminoglucocidos y
glucopeptidos, en Lactuca sativa