Las grandes poblaciones bacterianas desarrollan una mayor resistencia a los antibióticos
En las grandes poblaciones, los mutantes que evolucionan relativamente tarde resisten mejor el tratamiento antibiótico, mientras que las poblaciones más pequeñas dependen de mutaciones menos eficaces que aparecen en un momento anterior
Un equipo internacional de científicos de la Universidad de Wageningen (Países Bajos) y del Instituto de Física Biológica de la Universidad de Colonia (Alemania) ha demostrado que las poblaciones bacterianas pequeñas y grandes siguen caminos evolutivos cualitativamente diferentes: Las poblaciones más grandes desarrollan una mayor resistencia a los antibióticos que las más pequeñas, y recurren a distintos tipos de mutaciones de resistencia.
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Los investigadores llevaron a cabo experimentos de evolución con 96 poblaciones diferentes, cada una de las cuales contenía 2 o 200 millones de bacterias Escherichia coli (E. coli). Las poblaciones fueron expuestas a una dosis cada vez mayor del antibiótico cefotaxima. Al cabo de 500 generaciones, no sólo las poblaciones grandes habían desarrollado una resistencia mucho mayor que las pequeñas, sino que los genomas de los dos grupos también mostraban diferentes tipos de mutaciones de resistencia: Mientras que las mutaciones puntuales dominaban en las poblaciones grandes, se encontraron más duplicaciones y deleciones de partes del genoma en las poblaciones pequeñas.
El análisis de los datos genómicos con métodos de aprendizaje automático reveló que los dos tipos de mutaciones difieren tanto en la fuerza de sus efectos como en la probabilidad de su aparición: Las mutaciones puntuales son más raras pero contribuyen más a la resistencia que las deleciones y duplicaciones. Como el número de mutaciones que se producen en una generación es proporcional al número de bacterias, las poblaciones pequeñas dependen de las mutaciones de resistencia menos eficaces que se producen antes. En las poblaciones grandes, estas mutaciones son desplazadas por mutaciones puntuales más tardías, pero más eficaces.
La pandemia actual ha demostrado de forma impresionante la relación entre el tamaño de una población de agentes patógenos y la aparición de mutantes mejor adaptados. Nuestro estudio ilustra que también existen mecanismos similares en la evolución de las bacterias resistentes a los antibióticos", afirma el coautor, el Dr. Joachim Krug, del Instituto de Física Biológica de la Universidad de Colonia.
La aparición de la resistencia a los antibióticos en las bacterias es un importante problema sanitario mundial, pero al mismo tiempo un ejemplo de libro de texto de la evolución darwiniana. En este proceso, las cepas bacterianas de alta resistencia suelen evolucionar en varios pasos: en cada uno de ellos se produce una mutación al azar y se extiende por la población debido a su ventaja evolutiva. Por lo tanto, se dice que la población sigue un camino en un paisaje genético. Una mejor comprensión de estos caminos evolutivos puede ayudar a predecir mejor la resistencia a los antibióticos a largo plazo.
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