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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
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