Los científicos descubren una vulnerabilidad en el mecanismo de resistencia a los antibióticos
Una caja de herramientas genéticas en acción
Las superbacterias, bacterias inmunes a múltiples antibióticos, suponen un gran reto para la medicina moderna. Investigadores del Centro de Bioingeniería Molecular (B CUBE) de la Universidad Politécnica de Dresde y del Instituto Pasteur de París han descubierto un punto débil en la maquinaria bacteriana que impulsa la adaptación a la resistencia a los antibióticos. Sus hallazgos, publicados en la revista Science Advances, podrían allanar el camino para potenciar la eficacia de los antibióticos existentes.
Desde el descubrimiento de la penicilina en 1928, los antibióticos han cambiado la medicina, permitiéndonos combatir fácilmente las infecciones bacterianas. Sin embargo, con la invención de los antibióticos también hemos entrado en una interminable carrera armamentística con las bacterias. Éstas se adaptan rápidamente a los fármacos, haciendo ineficaces muchos de los tratamientos existentes. Estas bacterias resistentes a los antibióticos, a menudo denominadas "superbacterias", suponen una amenaza crítica para los pacientes con enfermedades crónicas y sistemas inmunitarios debilitados.
"En lugar de desarrollar nuevos antibióticos, queríamos entender exactamente cómo adaptan sus resistencias las bacterias", explica el profesor Michael Schlierf, jefe del grupo de investigación B CUBE de la Universidad Técnica de Dresde y responsable del estudio. Al hacerlo, los grupos descubrieron por qué algunas bacterias tardan más en desarrollar resistencia a los antibióticos, mientras que otras se adaptan muy rápidamente. Sus hallazgos abren nuevas posibilidades para el desarrollo de contraestrategias.
Una caja de herramientas genéticas en acción
"Nuestro trabajo se centra en el sistema de integrones, una caja de herramientas genéticas que las bacterias utilizan para adaptarse a su entorno mediante el intercambio de genes, incluidos los de resistencia a los antibióticos", explica el profesor Didier Mazel, jefe de grupo de investigación del Instituto Pasteur de París, cuyo grupo colaboró con el equipo de Schlierf.
El sistema de integrones es como una caja de herramientas. Permite a las bacterias almacenar y compartir genes de resistencia con sus descendientes y células vecinas. Funciona mediante un mecanismo molecular de "cortar y pegar" accionado por proteínas especiales, conocidas como recombinasas. El sistema de integrones se ha investigado mucho. Algunas bacterias adquieren nuevas resistencias muy rápidamente y otras tardan bastante más.
Resultó que la variedad de secuencias de ADN está en el centro de esta diferencia. "Las secuencias dentro del sistema integrón están flanqueadas por horquillas de ADN especiales. Se llaman así porque es exactamente como se ven, como pequeñas horquillas en forma de U que sobresalen del ADN. Las recombinasas están diseñadas para unirse a estas horquillas y formar un complejo que puede cortar un fragmento y pegar otro", explica el profesor Mazel.
El grupo de Schlierf utilizó un equipo de microscopía de última generación para estudiar la fuerza con la que una proteína recombinasa se une a las distintas secuencias de horquillas del ADN. Descubrieron que los complejos con la unión más fuerte entre la proteína y el ADN son también los más eficaces para obtener genes de resistencia.
Utilizar la fuerza
Utilizando una técnica de microscopía avanzada conocida como pinzas ópticas, el grupo de Schlierf midió las diminutas fuerzas necesarias para separar los distintos complejos proteína-ADN. "Con las pinzas ópticas utilizamos la luz para agarrar una hebra de ADN por ambos lados y separarla. Es como tirar de una cuerda para deshacer un nudo", explica la Dra. Ekaterina Vorobevskaia, científica del laboratorio de Schlierf que llevó a cabo el proyecto.
El grupo vio una clara correlación entre la fuerza necesaria para desmantelar un complejo proteína-ADN y la eficacia de la maquinaria de cortar y pegar. "Si tienes un complejo que está fuertemente unido al ADN, puede realizar su trabajo muy bien. Corta el ADN y pega un nuevo gen de resistencia muy rápidamente. Por otro lado, si tienes un complejo proteína-ADN que es más bien débil y se va deshaciendo, tiene que volver a ensamblarse una y otra vez. Por eso algunas bacterias adquieren resistencia a los antibióticos más rápido que otras", añade la Dra. Vorobevskaia.
Explotar la debilidad
"Los microbiólogos llevan décadas estudiando el sistema Integron. Lo que nosotros aportamos ahora es añadir los datos biofísicos y explicar el comportamiento de este sistema con la física", dice el profesor Schlierf, y añade que "quizá esta vulnerabilidad a la fuerza sea un fenómeno más general para las distintas eficiencias en biología".
Los científicos creen que la debilidad del sistema puede utilizarse para desarrollar tratamientos complementarios que aprovechen o creen los complejos inestables ADN-proteína. Podrían acompañar a los antibióticos existentes y darles una ventaja temporal adicional sobre las bacterias.
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