El escudo que protege a las bacterias de los antibióticos

Los antibióticos han salvado la vida de millones de personas en todo el mundo. Sin embargo, el uso excesivo e inadecuado de estos medicamentos, tanto en humanos como en animales de consumo, ha contribuido al surgimiento de bacterias resistentes a uno o varios antibióticos.  Hoy en día, algunos de los fármacos están perdiendo efectividad, provocando una amenaza creciente para la salud pública global.

¿Cómo se vuelven resistentes las bacterias?                

Algunas poblaciones bacterianas están formadas por variantes genéticas con diferente capacidad para resistir el ataque por antibióticos.  Mientras las sensibles mueren porque carecen de los mecanismos para contrarrestarlos, otra parte de la población no desaparece porque mantienen las variantes genéticas que les permiten sobrevivir.

Algunas de estas variantes poseen enzimas que inactivan los medicamentos, proteínas que los expulsan al exterior, o mutaciones que modifican los canales por donde los fármacos ingresan a la célula. Pocos estudios han abordado el papel de la estructura externa de las bacterias: capas de polisacáridos y otros materiales que forman una barrera inicial de defensa, como la cápsula y las biopelículas.  

La envoltura bacteriana y las biopelículas

La superficie de muchas bacterias tiene un aspecto mucoso o gomoso debido a la presencia de una cápsula compuesta por largas cadenas de azúcares llamadas polisacáridos. Esta capa viscosa dificulta el paso de sustancias tóxicas, incluidos los antibióticos.

Además, las bacterias pueden agruparse y formar biopelículas: comunidades complejas adheridas a superficies naturales o artificiales. Las biopelículas están formadas por polisacáridos, proteínas, lípidos, ADN y bacterias, y se expanden tanto por crecimiento como por la incorporación de nuevos microorganismos, creando estructuras multiespecie. Dentro de estas comunidades, las bacterias se comunican, cooperan para obtener nutrientes e incluso intercambian material genético para volverse  resistentes a antibióticos. 

Las bacterias dentro de una biopelícula pueden ser hasta mil veces más resistentes a los antibióticos que en estado libre. Un estudio con la cepa Escherichia coli K12 demostró este aumento significativo en la resistencia.  Además, estas agrupaciones  dificultan la acción del sistema inmune y facilitan la colonización del tejido infectado. Esto sugiere que la capacidad de formar biopelículas ha evolucionado y se ha propagado entre las bacterias con rapidez. 

La biopelícula más común: la placa dental

La biopelícula más conocida es la adherida al esmalte dental: la placa dentobacteriana. Cuando se calcifica por acción de los minerales en la saliva, forma el sarro, que es difícil de eliminar. Una higiene bucal deficiente puede permitir que esta biopelícula dañe las encías y facilite el paso de bacterias como Porphyromonas gingivalis y/o moléculas pro-inflamatorias producidas por este microorganismo al torrente sanguíneo. Una vez en el cerebro pueden desencadenar el proceso inflamatorio relacionado con la enfermedad de Alzheimer. 

Romper el escudo bacteriano

Actualmente, científicos de todo el mundo estudian distintas formas de interferir con la formación de biopelículas. Una revisión publicada en 2023 por Ailing Zhao describe métodos físicos, químicos y biológicos. Algunos de los métodos físicos incluyen radiación ultravioleta, ionizante y ultrasonido, los cuales dañan la estructura de la biopelícula.

En cuanto a los métodos biológicos, se han probado péptidos antimicrobianos que no solo destruyen las biopelículas, sino que también activan el sistema inmune. También se han utilizado nanopartículas de cobre y plata, efectivas tanto para eliminar como para prevenir la formación de biopelículas en superficies médicas.

Finalmente, los bacteriófagos, virus que atacan exclusivamente bacterias, pueden penetrarlas y eliminar bacterias sin dañar células humanas o animales.

La otra cara de las biopelículas

No todas las biopelículas son perjudiciales. De hecho, los primeros estudios sobre su formación se realizaron con bacterias que se adhieren a piedras en ríos de montaña, como los que fluyen desde las Rocosas en Alberta, Canadá. El doctor J. W. Costerton, pionero en el estudio de la adherencia microbiana, acuñó el término biofilm (biopelícula) a partir de estas investigaciones. 

Además, algunas biopelículas tienen usos beneficiosos: en la industria alimentaria contribuyen a la maduración de quesos y embutidos, así como a la fermentación de cerveza y vino. En agricultura, se emplean biopelículas con bacterias que promueven el crecimiento vegetal, reduciendo así el uso de fertilizantes. También se han utilizado con éxito en el tratamiento de aguas residuales.

Mucho antes de que existieran los seres humanos, las bacterias ya desarrollaban mecanismos de defensa como las biopelículas. Hoy en día, la presencia de antibióticos en el ambiente representa un nuevo reto evolutivo para ellas y un problema urgente para la salud humana. Investigadores en todo el mundo tratan de encontrar las soluciones más efectivas.

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*Estudiante nacido en Nigeria, inscrito en el Doctorado en Ciencias Biomédicas, Centro de Ciencias Genómicas, UNAM.

Asesoría científica: Dr. Alejandro García de los Santos, Centro de Ciencias Genómicas, UNAM.

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