(Los acentos fueron obviados por cuestiones tecnicas)

Posible final de la era de los antibioticos.

Los ultimos avances en comunicacion bacteriana estan transformando el futuro de la biomedicina

La investigacion en comunicacion bacteriana ha dado un giro sorprendente al tratamiento de las enfermedades. El incremento y la implementacion 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 Parama.

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Micrografia electronica de barrido de la bacteria Pseudomonas aeruginosa, asociada con frecuencia a las infecciones pulmonares graves. Fuente: CDC Public Health Image Library.

¿Considera que toma demasiados antibioticos? ¿Le gustaria tener una alternativa al uso de los antibioticos para combatir enfermedades? La investigacion biologica y biomedica esta implementando lo que podria ser una de las mejores alternativas a los antibioticos. Esto podria llegar a ser posible en un futuro. Parece que estamos ante una nueva era en la que la cura de infecciones bacterianas podria llegar a realizarse de una manera mas natural.

Esto nos podria conducir a una transformacion en el tratamiento de las enfermedades bacterianas. Ademas, podria solventar el alarmante incremento de resistencia bacteriana a los antibioticos. Esta idea es la que exponen investigadores del laboratorio de interaccion microbiologica y del Departamento de Quimica y Bioquimica de la Universidad de Calorina del Sur en una reciente publicacion en la revista Frontiers in Microbiology .

En el trabajo al que hacemos referencia se prueba una manera de atacar las biopeliculas que forman las bacterias y que son responsables de enfermedades cronicas. Estas biopeliculas son autenticas comunidades bacterianas altamente organizadas que crecen adheridas a una superficie. Son capaces de evadir las defensas del huesped y resistir terapia con antibioticos, 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 nanoparticulas de oxido 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.

Comunicacion bacteriana

Durante mucho tiempo se creyo que unicamente los organismos multicelulares, los mas complejos, tenian capacidad de comunicacion intercelular. Sin embargo, el descubrimiento de la existencia de este tipo de comunicacion entre organismos tan simples como son las bacterias, ha permitido saber que pueden relacionarse entre si, estableciendo actividades coordinadas.

Este descubrimiento ha alterado la concepcion que existia de estos pequeños microorganismos. Asi, las bacterias han dejado de ser consideradas como organismos simples, carentes de habilidades sociales e incapaces de comunicarse con sus semejantes, con la unica finalidad de captar alimento y dividirse para generar nuevas bacterias. Ahora bien, debemos advertir que “esta concepcion de comunicacion no es considerada como tal en el ambito 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 comunicacion consiste en un mecanismo de liberacion al medio de pequeñas moleculas bioquimicas, del tipo de las feromonas, denominadas autoinductores, mediante el cual pueden transmitir informacion desde un punto concreto hasta todo el conjunto del organo o tejido. Este sistema es el denominado quorum sensing o percepcion de quorum (QS).

Los autoinductores son reconocidos por receptores especificos de las bacterias una vez que han logrado sobrepasar el umbral de concentracion, provocando cambios en la regulacion genica. Gracias a la utilizacion 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 superacion de las barreras de defensa del huesped, adaptar nuevas formas de crecimiento como la formacion de biopeliculas, responder a diversas condiciones ambientales y/o presencia de competidores y posibles hospedadores a los que invadir, asi como, la produccion de factores de virulencia, entre otros. Por tanto, pueden colaborar, competir e intercambiar informacion de forma coordinada.

Colgando el movil bacteriano 

El descubrimiento de los mecanismos que regulan este proceso de comunicacion ha llevado consigo la sospecha de la posibilidad de interrumpir esta comunicacion. De este modo, las bacterias podrian ser silenciadas y aisladas, por lo que carecerian de estrategias grupales para adaptarse al ambiente del huesped, se volverian antisociales y, consecuentemente, podrian 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, esta tomando fuerza el diseño de estrategias o metodos no citotoxicos que permitan luchar contra las infecciones al tiempo que limiten el riesgo de resistencia a los farmacos, ya que no afectan directamente a la supervivencia del patogeno, sino a la expresion de los factores de virulencia.

En este sentido, la profesora Casal del grupo de investigacion de Biotecnologia y Acuicultura de la Universidad de Santiago de Compostela ha afirmado, respecto al ambito acuicola, que “la mayor parte de las bacterias patogenas 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”, segun 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 nanoparticulas de oxido 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 biomedica debido a su alta biocompatibilidad y cuyo tamaño de particula es facilmente controlable. El diseño realizado por este grupo de investigadores tuvo como objetivo transportar componentes que actuaran como moleculas señal quenching (las que cortan la comunicacion). Y ¿como actuarian? La eliminacion de señales del medio impide que se produzca la union entre la molecula y su receptor, por lo que los investigadores hipotetizan que este proceso hara que se apague el QS y la comunidad bacteriana queda silenciada.

Las nanoparticulas se unen a las moleculas señal emitidas por las bacterias impidiendo la comunicacion entre ellas bloqueando de esta manera el QS bacteriano. De hecho, este mecanismo bloqueo la capacidad de comunicarse silenciando y aislando alas bacterias.

Segun estos investigadores, esta tecnologia podria suponer una futura herramienta dirigida especificamente a la interrupcion de la comunicacion bacteriana, pudiendo emplearse para penetrar en las biopeliculas y asi eliminar infecciones, muy dificiles de tratar hoy en dia con los farmacos actuales.

Posibilidades futuras

Hablar de quorum sensing o quorum quenching no es hacer referencia exclusivamente a la reduccion de problemas sanitarios. Aunque evidentemente es lo que mas 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 regulacion de las redes de comunicacion de la bacteria Rhizobium. Esta bacteria tiene gran interes agronomico en la plantacion de especies forestales, agricolas 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 revision en la revista Nature Reviews Microbiology sobre la generacion, regulacion y control de las biopeliculas de la bacteria productora de colera. Ello podria sentar las bases de la consecucion de tratamientos alternativos a una enfermedad que segun la Organizacion Mundial de la Salud provoca entre 3 y 5 millones de casos de infeccion anuales.

Pero las posibilidades que ofrecen estos estudios van mucho mas alla del fomento de la simbiosis para mejorar el crecimiento de determinadas especies o de reducir la comunicacion para evitar patologias. Claudio Nunes-Alves en otro reciente articulo de Nature Reviews Microbiology publicado en abril del 2015 habla de “Microbioma” para hacer mencion a ese nuevo mundo biologico constituido por bacterias en los que existen esos procesos de comunicacion. El conocimiento de los entresijos de este microbioma podria hacer que nuestro proceso de envejecimiento fuese mucho mejor

Por todo ello parece que la comunicacion 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 Parama Diaz es Doctora en Biologia. Colaboradora honorifica de la Escuela de Enfermeria, campus “Duques de Soria”, Universidad de Valladolid. Directora del Centro de Estudios y Asesoramiento Gallaecia (CEASGA).

 

Fuente: Tendencias 21