Adaptación bacteriana al estrés por antibióticos

Las bacterias enfrentan un montón de desafíos en su entorno, como la exposición a los antibióticos. Cuando esto pasa, su crecimiento puede detenerse o incluso pueden morir. Para que una sola bacteria sobreviva, necesita tener varias herramientas y métodos para manejar estas situaciones estresantes. Una de las formas en que las bacterias se adaptan al estrés es a través de un sistema llamado sistema de dos componentes.

#El Sistema de Dos Componentes

El sistema de dos componentes tiene dos partes principales: una quinasa sensora y un regulador de respuesta. La quinasa sensora es una proteína que puede detectar cambios fuera de la célula bacteriana, como el estrés por antibióticos. Cuando siente este estrés, cambia de forma y se añade un grupo fosfato a sí misma. Este proceso se llama autofosforilación. Luego, el grupo fosfato se transfiere al regulador de respuesta, haciendo que también cambie de forma. Este cambio permite que el regulador de respuesta active o desactive ciertos genes en las bacterias.

Las bacterias tienen varios Sistemas de Dos Componentes, cada uno responsable de diferentes respuestas al estrés. Un sistema importante se llama sistema PhoPQ. Este sistema ayuda a las bacterias a lidiar con problemas relacionados con su cubierta exterior, conocida como el envoltura.

#El Sistema PhoPQ

En el sistema PhoPQ, la quinasa sensora PhoQ añade un grupo fosfato al regulador de respuesta PhoP cuando las bacterias enfrentan condiciones estresantes como bajo magnesio, acidez, ciertos péptidos antimicrobianos o cambios en los niveles de agua. Cuando PhoP se fosforila, puede iniciar o detener la producción de varios genes. Por ejemplo, regula un gen llamado mgtA, que ayuda a las bacterias a absorber magnesio cuando escasea.

El sistema PhoPQ es especialmente crucial para bacterias, como Salmonella, que necesitan sobrevivir dentro de células inmunitarias llamadas macrófagos. Sin embargo, aunque sabemos que el sistema PhoPQ ayuda a las bacterias a sobrevivir en condiciones difíciles, todavía no entendemos completamente cómo les ayuda a resistir los antibióticos.

#Resistencia a los antibióticos

Muchos doctores usan antibióticos como la tetraciclina y sus drogas relacionadas, como la minociclina y la doxiciclina, para tratar infecciones causadas por bacterias resistentes a múltiples fármacos. La tigeciclina es un antibiótico especial derivado de la tetraciclina y a menudo se usa como último recurso para infecciones severas.

La tigeciclina fue creada para evitar algunas de las formas comunes en que las bacterias resisten la tetraciclina, como usando bombas que expulsan el antibiótico o cambiando la estructura del ribosoma, que es el blanco de la tetraciclina. Dado que los antibióticos son cruciales para tratar infecciones, necesitamos aprender más sobre las formas en que las bacterias se resisten a ellos.

#Membrana Externa y Resistencia a los Antibióticos

En este estudio, los investigadores se centraron en cómo los cambios en la membrana externa de las bacterias, particularmente en una parte llamada Lipopolisacáridos (LPS), afectan la resistencia a la tetraciclina y antibióticos relacionados. El equipo descubrió que un sistema llamado PhoPQ controla cómo una enzima específica, EptB, modifica la parte interna del LPS. Esta modificación es importante para la capacidad de las bacterias de resistir la tetraciclina y drogas relacionadas.

#Resultados del Estudio

Cuando los investigadores inactivaron la quinasa sensora PhoQ, encontraron que las bacterias se volvían más susceptibles a la minociclina y tigeciclina.

Para entender el papel del sistema de dos componentes en la resistencia a los antibióticos, los investigadores crearon varios mutantes que carecían de diferentes quinasas sensoras y probaron cómo respondían a varios antibióticos. Algunas cepas mutantes no mostraron cambios en sus respuestas a los antibióticos, mientras que otras sí.

Una cepa llamada ΔcpxA mostró resistencia aumentada a varios tipos de antibióticos. Otra cepa, ΔenvZ, también mostró cambios en resistencia. El mutante ΔphoQ fue particularmente interesante porque se volvió mucho más sensible a la minociclina y tigeciclina.

#La Importancia de EptB

A través de los experimentos, los investigadores aprendieron que la enzima EptB es clave para regular la resistencia a la tetraciclina y antibióticos glicilciclina. Cuando el sistema PhoPQ funciona correctamente, EptB ayuda a modificar el LPS de una manera que protege a las bacterias de los antibióticos.

Cuando el equipo utilizó un método llamado mutagénesis por transposón aleatorio para encontrar otros genes que podrían ayudar al mutante ΔphoP a resistir la doxiciclina, descubrieron un cambio significativo en EptB. Cuando añadieron una copia de EptB, la sensibilidad del mutante a la doxiciclina disminuyó, confirmando la importancia de EptB en la resistencia a los antibióticos.

#Pruebas de Otros Genes

Luego, los investigadores miraron otros genes que se supone ayudan con la resistencia. Descubrieron que el gen transportador de magnesio mgtA no jugaba un papel en la sensibilidad a la minociclina del mutante ΔphoP. Otros genes activados por PhoP tampoco ayudaron a restaurar la sensibilidad en el mutante.

#Pruebas del Papel de EptB en Otras Condiciones

El equipo también revisó si EptB tenía algún efecto en otras condiciones que podrían estresar a las bacterias, como la exposición a ciertos químicos o cambios en el pH. Encontraron que la mayoría de las condiciones de estrés no mejoraron al eliminar el gen eptB, mostrando que el papel de EptB podría ser específico a ciertos antibióticos.

#Entendiendo la Penetración de Antibióticos

Los investigadores analizaron cuán bien la doxiciclina penetraba la célula bacteriana. Encontraron que en el mutante ΔphoP, los niveles de doxiciclina acumulados dentro de la célula eran más altos que en la cepa salvaje. Esto sugería que la permeabilidad de la membrana externa era mayor, permitiendo que más antibiótico entrara. Eliminar eptB redujo los niveles de doxiciclina en el mutante ΔphoP, destacando el papel de EptB en alterar la captación de antibióticos.

#Conclusión

En resumen, el estudio reveló que el sistema PhoPQ y la enzima EptB juegan roles esenciales en cómo las bacterias resisten la tetraciclina y antibióticos glicilciclina. Las modificaciones que hace EptB en el núcleo interno del LPS afectan la sensibilidad de las bacterias a estos antibióticos. La investigación enfatiza la necesidad de entender las diversas formas en que las bacterias modifican su estructura para sobrevivir en presencia de antibióticos, lo que puede ayudar a informar estrategias de tratamiento contra infecciones resistentes.

#Direcciones Futuras

Los hallazgos de este estudio abren varias avenidas para futuras investigaciones. Entender los mecanismos de resistencia a los antibióticos entre las bacterias es crucial para la salud pública, especialmente con el aumento de patógenos resistentes a múltiples fármacos. Al centrarse en cómo las modificaciones de la membrana externa influyen en la efectividad de los antibióticos, se pueden desarrollar nuevas estrategias para combatir estas cepas resistentes.

Esta comprensión podría llevar a mejores tratamientos antibióticos que sean menos propensos a ser resistidos por las bacterias. Se necesitará continuar la investigación para descubrir toda la extensión de cómo estos sistemas trabajan juntos para influir en la sensibilidad a los antibióticos y la salud general de las bacterias.