Científicos del Conicet en el Instituto de Biología Molecular y Celular de Rosario descubrieron un nuevo mecanismo por el cual las bacterias logran escapar a la acción de los antibióticos de última generación. Este hallazgo de la ciencia básica además ha contribuido a optimizar una prueba de laboratorio para detectar bacterias productoras de carbapenemasas. Las bacterias multirresistentes también llamadas superbacterias constituyen un grave problema para la salud pública mundial
Por Ana M. Pertierra
Los científicos del Laboratorio del Instituto de Biología Molecular y Celular de Rosario (IBR), liderados por el Dr. Alejandro Vila, investigador superior del Conicet y Director del IBR, trabajan entre otros temas en la caracterización de las metalo-beta-lactamasas, enzimas de zinc involucradas en la resistencia mostrada por algunas bacterias patógenas a los antibióticos beta-lactámicos. Recientemente han publicado en la revista Nature Chemical Biology (http://www.nature.com/nchembio/journal/v12/n7/abs/nchembio.2083.html) junto a especialistas del Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT) y la Universidad Case Western Reserve, de los Estados Unidos, un trabajo en el que describen un nuevo mecanismo por el cual ciertas bacterias desarrollan resistencia a antibióticos muy potentes.
Este estudio internacional coordinado por Vila muestra que las bacterias, que tienen una gran capacidad de adaptación a ambientes adversos, mediante una enzima, la metalo-beta-lactamasa de Nueva Delhi 1 (NDM-1), anclada en la membrana externa les permite resistir a la acción combinada de los antibióticos y la respuesta inmune y, al mismo tiempo, proteger a las bacterias vecinas que son sensibles a los antibióticos.
Uno de los principales mecanismos ya conocidos que usan las bacterias para sobrevivir a la acción de los antibióticos beta-lactámicos es la producción de las enzimas beta-lactamasas, que los inactivan irreversiblemente. De allí que la industria farmacéutica ha ido desarrollando antibióticos beta-lactámicos cada vez más sofisticados, como la familia de los carbapenemes, que escapan a la acción de estas enzimas. Son de amplio espectro, sólo se administran por vía endovenosa y suelen ser considerados 'la última línea de defensa' para tratar infecciones severas o multirresistentes.
Sin embargo, la enzima bacteriana NDM-1 pertenece a un tipo de beta-lactamasas dependientes de zinc, capaz de inactivar a los carbapenemes. Descripta por primera vez en 2008 en bacterias multirresistentes encontradas en la capital de la India, desde entonces, cada vez aparecen más casos nuevos de resistencia mediada por NDM-1 en todo el mundo.
Un problema de salud pública
Hoy en día las bacterias multirresistentes, comúnmente llamadas superbacterias, constituyen un problema de salud pública muy generalizado. Según el Centro de Control de Enfermedades (CDC) de los Estados Unidos, cada año en ese país al menos 2 millones de personas sufren infecciones con bacterias resistentes, de las cuales 23 mil mueren. En Argentina, el Servicio de Antimicrobianos de la Administración Nacional de Laboratorios e Institutos de Salud "Dr. Carlos G. Malbrán" (Anlis- Malbrán) informó que 9 de cada 10 mil personas internadas tienen infecciones por superbacterias. Y en la Ciudad de Buenos Aires esa cifra se quintuplica.
Según un informe de la OMS correspondiente a 2014 sobre la vigilancia mundial de la resistencia a los antimicrobianos se puso de manifiesto que, en el caso de los antibióticos, esta cuestión ha dejado de ser una posible preocupación futura para convertirse en un problema real que afecta al ámbito extrahospitalario y a hospitales de todo el mundo y complica en gran medida la capacidad para tratar infecciones comunes. Sin una acción urgente y coordinada –destaca el organismo internacional– el mundo se dirige hacia una era postantibióticos en la que infecciones corrientes y lesiones menores tratadas satisfactoriamente durante décadas pueden volver a resultar mortales.
• De izquierda a derecha, Guillermo Bahr, Alejandro Vila y Lisandro González, del Instituto de Biología de Rosario (IBR), que depende del Conicet. Son tres de los científicos que encontraron un mecanismo que permite a las bacterias resistir la acción de los antibióticos.
FABAINFORMA se comunicó a través del correo electrónico con el Dr. Alejandro Vila, quien explicó el alcance de este trabajo como un valioso aporte de la ciencia básica.
• ¿Podría detallar el mecanismo descubierto y publicado en Nature Chemical Biology por el equipo de investigación que usted ha liderado y que estuvo integrado por científicos del IBR y de Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT) y la Universidad Case Western Reserve, de los Estados Unidos?
Lo que encontramos fue una adaptación de un mecanismo de resistencia ya conocido, las metalo-beta-lactamasas. Estas enzimas brindan resistencia a carbapenemes, antibióticos de último recurso, pero necesitan de zinc para actuar. Durante una infección, el sistema inmune limita la disponibilidad de zinc como una estrategia para combatir a las bacterias. Encontramos que la unión de una de estas enzimas (NDM-1) a la membrana bacteriana la vuelve más estable bajo condiciones de limitación de zinc. Además, esta localización favorece la secreción de NDM-1 al medio, protegida dentro de vesículas de membrana externa, que pueden degradar antibióticos así protegiendo a poblaciones cercanas de bacterias no resistentes.
• ¿En qué tipo de bacterias lo han observado?
Esta enzima ha sido detectada en numerosas especies de enterobacterias (Escherichia coli, Enterobacter, Serratia, Providencia, etc) y no fermentativas (Acinetobacter, Pseudomonas), experimentos que realizamos con cepas de aislados clínicos suministradas por el Servicio de Antimicrobianos del Instituto Malbrán (ANLIS).
• ¿Con qué cepas bacterianas han trabajado y qué metodologías emplearon para arribar a estas conclusiones?
Trabajamos principalmente con cepas de colección de laboratorio de Escherichia coli y Pseudomonas aeruginosa. También usamos algunas provenientes de aislamientos clínicos. Empleamos metodologías de bioquímica, microbiología molecular, microscopía y biología estructural.
• ¿Cuánto tiempo les llevó este estudio?
En total este trabajo llevó un tiempo de dos años y medio, aproximadamente, pero estuvo basado en la experiencia de nuestro grupo en el estudio de las metalo-beta-lactamasas de dos décadas.
• Este hallazgo constituye un aporte muy valioso de la ciencia básica a la clínica teniendo en cuenta un tema tan preocupante como la multirresistencia a los antibióticos asi como el aumento de las infecciones intrahospitalarias. A su criterio, ¿cuál podría ser, en base a este nuevo conocimiento, una estrategia para combatir la resistencia a los antibióticos de última generación?
En base a lo que observamos de este mecanismo de unión a membrana se puede pensar en otros blancos para atacar a la resistencia conferida por NDM-1, más allá de la estrategia tradicional de buscar inhibidores clínicos de la enzima, que hasta el momento no produjo inhibidores adecuados para uso clínico.
• ¿Considera que estos resultados tendrán una pronta aplicación en la industria farmacéutica?
Estos resultados son un punto de partida para estudios más profundos, y por el momento no serían de forma aplicable a la industria farmacéutica. Sin embargo, en base a estos conocimientos básicos sí pudimos mejorar un test de diagnóstico de cepas resistentes a carbapenemes junto a colegas del Instituto Malbrán.
• ¿Cuál y por qué?
El Test modificado de Hodge (MHT), ampliamente utilizado para la detección de bacterias productoras de carbapenemasas, presentaba un 50% de falsos negativos para cepas productoras de NDM-1. El conocimiento de la localización en membrana de esta enzima nos permitió mejorar el test, incorporando un detergente que extrae a la enzima de la membrana. De esta forma, la detección pasa a ser del 100%, con un aumento de costo mínimo (10 centavos de dólar adicionales por ensayo).
• ¿Cuáles serán las futuras investigaciones del IBR relacionadas con los procesos de transferencia de resistencia?
Se va a estudiar en mayor detalle el mecanismo por el cual NDM-1 se incorpora a vesículas de membrana externa, y el impacto que esto tiene en la transferencia de resistencia a otros microorganismos. A su vez, empezamos a estudiar distintas variantes de NDM-1 que han ido surgiendo en la clínica, con el fin de dilucidar de qué manera evolucionan estas enzimas.
Antibióticos cada vez más potentes
Los antibióticos son medicamentos que combaten las infecciones bacterianas. Usados correctamente, pueden salvar vidas pero hay un creciente problema de resistencia a antibióticos.
Nadie puede poner en duda la importancia trascendental que ha tenido el desarrollo de los antibióticos en el control de enfermedades infecciosas. Sin embargo, su uso intensivo tanto en salud humana como animal condujo a la selección de diferentes cepas resistentes a esos fármacos, de modo que los primeros antibióticos han perdido su eficacia frente a algunas bacterias. La industria farmacéutica ha ido desarrollando antibióticos cada vez más potentes, sin embargo, han comenzado a surgir resistencias ante los antibióticos considerados como "la última línea de defensa" frente a infecciones a veces mortales.
Los antibióticos betalactámicos son una amplia clase de antibióticos incluyendo derivados de la penicilina, cefalosporinas, monobactámicos, carbacefem, carbapenems e inhibidores de la betalactamasa; básicamente cualquier agente antibiótico que contenga un anillo beta-lactámico en su estructura molecular. Son el grupo más ampliamente usado entre los antibióticos disponibles.
Los antibióticos betalactámicos, cuyo mecanismo de acción es la inhibición de la última etapa de la síntesis de la pared celular bacteriana, constituyen la familia más numerosa de antimicrobianos y la más utilizada en la práctica clínica. Se trata de antibióticos de acción bactericida lenta, con actividad dependiente del tiempo, que en general tienen buena distribución y escasa toxicidad. Algunas modificaciones de la molécula original han dado lugar a compuestos con mayor espectro antimicrobiano, pero la progresiva aparición de resistencias limita su uso empírico y su eficacia en determinadas situaciones. Aun así, la penicilina continúa siendo el tratamiento de elección en un buen número de infecciones; las cefalosporinas tienen un gran abanico de indicaciones; los carbapenémicos se usan en infecciones nosocomiales y en infecciones causadas por bacterias multirresistentes, y los inhibidores de las betalactamasas permiten recuperar el espectro de actividad de las penicilinas a las que acompañan cuando la resistencia está causada por la producción de betalactamasas.
Bacterias multirresistentes
Según un informe de la OMS, en varios países se han dado casos de ineficacia del tratamiento de la gonorrea con cefalosporinas de tercera generación, la clase de antibióticos utilizados como último recurso contra esta infección. Por otro lado, las infecciones gonocócicas resistentes al tratamiento han dado lugar a un aumento de la morbilidad y de complicaciones como infertilidad, desenlaces adversos del embarazo y ceguera del recién nacido, y podrían revertir los progresos logrados en la lucha contra esta infección de transmisión sexual.
Asimismo, han proliferado considerablemente las bacterias resistentes a las fluoroquinolonas, unos de los antibacterianos más utilizados para el tratamiento oral de infecciones de las vías urinarias causadas por Escherichi coli.
También está muy extendida la resistencia a los fármacos de primera elección para el tratamiento de infecciones de gravedad causadas por Staphlylococcus aureus, tanto en centros de salud como en la población general.
La resistencia a los carbapenémicos, los antibióticos utilizados como último recurso para tratar infecciones potencialmente mortales causadas por bacterias intestinales habituales, se ha generalizado a todas las regiones del mundo.