Cómo las bacterias se vuelven resistentes a los medicamentos cuando se exponen a los antibióticos

ARRIBA: Algunas células bacterianas producen una proteína resistente a los medicamentos (marcada en rojo). Las células sensibles a los medicamentos inundadas en el antibiótico tetraciclina son visibles en verde.CHRISTIAN LESTERLIN & SOPHIE NOLIVOS, UNIVERSIDAD DE LYON

Escherichia coli es capaz de sintetizar proteínas resistentes a los medicamentos incluso en presencia de antibióticos diseñados para paralizar el crecimiento celular. Ese es el hallazgo de un grupo de investigadores franceses que informa hoy (23 de mayo) en Science. También descubrieron cómo las bacterias logran esta hazaña: una bomba de membrana bien conservada transporta los antibióticos fuera de la célula, el tiempo suficiente para que las células tengan tiempo de recibir ADN de las células vecinas que codifica una proteína resistente a los medicamentos. p>

“Este es un descubrimiento clave” El microbiólogo Manuel Varela de la Universidad del Este de Nuevo México, que no participó en el estudio, le dice a The Scientist en un correo electrónico. «Este hallazgo ayudará a explicar cómo las bacterias logran propagar la resistencia a los antimicrobianos cuando se encuentran con niveles tóxicos de antibiótico».

El…

Usando E. coli como estudio de caso, observaron cómo las bacterias transmitían el ADN que codificaba la bomba de proteína TetA que hace que las células sean resistentes a la tetraciclina desviándola fuera de la célula. Poco después, observaron que el ADN del plásmido llegaba a las células no resistentes y, tiempo después, aparecían manchas rojas fluorescentes en las membranas de las células receptoras, lo que indicaba que la proteína TetA se había traducido y las células demostraron ser resistentes a la tetraciclina.

El antibiótico, que se usa comúnmente en el ganado, pero a veces también para tratar a las personas con neumonía, infecciones del tracto respiratorio y otras afecciones, normalmente detiene el crecimiento de bacterias que no tienen TetA, pero numerosas cepas de bacterias se están volviendo resistentes a través de la adopción de tales mecanismos. La tetraciclina no estaba presente en este experimento inicial, así que para ver cómo el fármaco en sí influye en este proceso, los investigadores expusieron las células a altas concentraciones de tetraciclina y una vez más las pusieron bajo el microscopio.

Como Como era de esperar, observaron que el ADN del plásmido llegaba a células nuevas no resistentes. Esto era de esperarse, porque la tetraciclina no hace nada para entorpecer ese proceso. En cambio, está diseñado para detener la producción de proteínas. Y sorprendentemente, los investigadores vieron la fluorescencia roja que aparecía en algunas de las nuevas células receptoras que no tenían previamente la proteína TetA: evidentemente, aún podían sintetizar proteínas, incluida TetA, a pesar de estar expuestas a la tetraciclina. Pasamos muchas, muchas semanas simplemente confirmando este resultado, que era muy contrario a la intuición, y nos costó mucho convencernos de que realmente estaba sucediendo, recuerda Lesterlin. ADN que codifica la proteína TetA resistente a los medicamentos con células receptoras no resistentes (representadas en rojo). La llegada del ADN a las células del donante es visible por la aparición de puntos rojos fluorescentes en los glóbulos rojos. Después de la transferencia, el ADN recién adquirido se traduce en proteína y las células se vuelven resistentes. Christian Lesterlin & Sophie Nolivos, Universidad de Lyon

El equipo hizo una suposición fundamentada de por qué las células eran capaces de hacer esto: se sabe que muchas membranas bacterianas albergan una bomba de salida de múltiples fármacos conocida como AcrAB-TolC, que es capaz de transportar una amplia gama de antibióticos fuera de las células, y los científicos pensaron que estaba sacando la tetraciclina de la célula antes de que pudiera detener la síntesis de proteínas y el crecimiento celular. Para probar esa idea, los investigadores diseñaron varios mutantes con una mutación genética en uno de los genes que codifica las diferentes proteínas que componen la bomba.

Descubrieron que los mutantes, aunque recibieron el plásmido con el código genético de TetA de las células vecinas, no eran capaces de sintetizar la proteína TetA. Sin la bomba de salida funcional, los mutantes no pueden transportar la tetraciclina fuera de las células. A medida que los niveles del antibiótico aumentaban dentro de las células, ya no podían producir proteínas ni crecer.

Cuando funciona, la bomba AcrAB-TolC gana tiempo a las bacterias al mantener las concentraciones de antibióticos lo suficientemente bajas para las células. para sintetizar las proteínas de resistencia codificadas en el ADN del plásmido, según los investigadores. En este caso, permite la producción de la proteína TetA, que luego desvía más tetraciclina fuera de la célula. En última instancia, las bacterias pueden volverse resistentes mientras aún están bajo la influencia de los antibióticos. Como dice Lesterlin, mejores noticias para las bacterias que para la salud humana. en la Universidad de Colorado Boulder que no participó en el estudio. Pero el hecho de que ayude a las bacterias a adquirir resistencia a los medicamentos mientras están expuestas simultáneamente a los antibióticos es una noticia, dice ella. Siempre es fascinante ver cómo hay tantas cosas que pueden hacer los insectos.

Los hallazgos son muy relevantes, dice ella, porque AcrAB-TolC se conserva tan ampliamente entre las bacterias, y también porque el mecanismo no está limitado. a la tetraciclina. Lesterlin y sus colegas demostraron que la bomba también permite que las bacterias produzcan proteínas resistentes a los medicamentos en presencia de otros antibióticos diseñados para sofocar la expresión génica, como el cloranfenicol que inhibe la traducción y la rifampicina que inhibe la transcripción. Este mecanismo es relevante para los llamados antibióticos bacteriostáticos, que no matan sino que solo sofocan el crecimiento bacteriano, agrega Lesterlin. Duda que funcione para los antibióticos bacteriolíticos, que destruyen las bacterias antes de que se vuelvan resistentes.  

Tanto Chatterjee como Varela consideran que el nuevo estudio es completo y sus hallazgos son sólidos. Varela quedó particularmente impresionado por la técnica que el equipo desarrolló para visualizar la transferencia de ADN plasmídico entre células mientras observa la síntesis de la proteína TetA al mismo tiempo. tiempo.  

Los autores [también] arrojaron luz sobre la identificación de maquinaria bacteriana clave que podría servir como nuevos objetivos para desarrollar nuevos agentes antibacterianos, agrega Varela en un correo electrónico. Por ejemplo, se podrían crear antibióticos centrándose en el enfoque AcrAB-TolC pumpan en el que ya están trabajando algunos laboratorios. Alternativamente, uno podría apuntar a los genes que regulan su producción, un ángulo que atrae a Chatterjee. Los enfoques tradicionales de diseño de antibióticos se han basado en gran medida en moléculas pequeñas que se dirigen a proteínas específicas, muchas de las cuales las bacterias han visto durante muchos años y, en última instancia, seleccionan más mecanismos de resistencia. caminos, dice Chatterjee. ¿Cuáles son los mecanismos reguladores que permiten que las células naveguen por estas situaciones estresantes? Creo que enfocarse en esos procesos parece ser un camino hacia la creación de terapias más inteligentes que, con suerte, puedan frustrar la resistencia desde el principio.

S. Nolivos et al., Rol de la bomba de eflujo de múltiples fármacos AcrAB-TolC en la adquisición de resistencia a fármacos mediante transferencia de plásmidos, Science, doi:10.1126 /science.aax6620, 2019. 

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