Matriuskas genéticas: una especie dentro de otra especie
Lo que voy a contar aquí trata de una nueva visión de nosotros mismos, los humanos, que como especie hemos evolucionado mano a mano con virus, bacterias y últimamente con nuestra cultura y tecnología. Como especie deberíamos vernos como una matriuska dentro de la matriuska mayor, la de nuestra cultura, al mismo tiempo albergaríamos dentro de nosotros las bacterias y por último virus, dentro de las bacterias y de nosotros mismos. Hemos evolucionado como especie de la mano de nuestras enfermedades, algunas de las cuales son fruto de nuestra estrecha cohabitación con los animales domésticos, por ejemplo la tuberculosis, una bacteria que causaba tuberculosis en vacas,
Mycobacterium bovis, se adaptó a los humanos durante el proceso de domesticación de la vaca y hoy en día tenemos una especie
Mycobacterium tuberculosis que infecta a 1 de cada tres humanos.
la viruela es un virus que proviene de la vaca y que poco a poco fue infectándonos hasta que en vez de ser agresivo se volvió moderado. A los virus cuando coevolucionan con una especie se vuelven moderados para evitar matar a su hospedador. Los indios de América no tenían vacas domesticadas. Cuando los españoles llegaron a América los indios murieron a millones a causa de este virus para el cual ellos no habían desarrollado defensas. Esto permitió a los europeos un espacio donde vivir y colocar los excedentes de población de la vieja Europa. Finalmente la humanidad desarrolló el método científico. Esto hizo que el médico inglés Jenner descubriese la vacuna y que la expedición española de Balmis y Saldaña vacunase el continente americano protegiéndolos del virus. Ya en el siglo XX una campaña de vacunación masiva hizo que este virus desapareciese de la faz de la tierra. Gracias al método científico Fleming dedujo al ver que alrededor de un hongo no creían bacterias descubriese un antibiótico y de como los antibióticos hicieron creer a la humanidad que había vencido definitivamente a las bacterias infecciosas. Al descubrir los humanos los antibióticos los hemos utilizado con alegría y generosidad creando así nuevos ambientes ecológicos: hospitales donde siempre hay pacientes sin defensas inmunitarias y con altas dosis de antibióticos encima, animales de granja a los que se les suministra antibióticos en el pienso. Estos nuevos ambientes en los que las concentraciones de antibióticos eran elevadas sirvieron para seleccionar un nuevo tipo de bacteria: las superbacterias que resisten a todo tipo de antibiótico.
Las superbacterias inauguran la era postantibiótica
Durante el tiempo en el que la humanidad vivía sin antibióticos, es decir, antes de 1940, era normal que en las familias se murieran recién nacidos por enfermedades tipo meningitis, neumonías... si preguntamos a nuestros abuelos veremos que en todas las familias había casos de recién nacidos muertos por enfermedades infecciosas.
Foto de un niño muerto por enfermedad bacteriana. Archivo Moreira
El dolor de perder un hijo era inmenso y es por eso que se tomó costumbre de fotografiar a aquellos niños para mantener su recuerdo. Hoy afortunadamente vemos estas historias como un pasado lejano. Con la aparición de los antibióticos la humanidad vivió una época de optimismo. Al mismo tiempo las familias empezaron a ser más pequeñas. Una de las razones era que podían tener casi la certeza de tener sólo dos hijos y llevarlos a la madurez con toda confianza. Una de las razones de tener tantos hijos en la era preantibiótica era el asegurar la descendencia en caso de muertes prematuras. Esta confianza fue tal que incluso un senador americano, en los años 70 anunció en el congreso que la humanidad había erradicado las enfermedades infecciosas de la faz de la tierra. En los años 80 del pasado siglo empezaron a aislarse cepas de bacterias resistentes a los antibióticos más comunes. ¿Por qué sucede esto?, bien, los antibióticos son moléculas que tienen una forma determinada. El resultado de esta unión es tóxico para la bacteria y la lleva a la muerte. Los antibióticos se unen a componentes bacterianos en una especie de unión llave cerradura. Si aparece una mutación que cambia la cerradura, entonces la llave ya no funciona. La cerradura, es decir, el componente bacteriano cambia por mutación (ver gráfico) y el antibiótico se vuelve inútil.
En el gráfico podemos ver dos esquemas de proteínas. La de la izquierda presenta una hendidura que la de la derecha no tiene. Esa hendidura representa la cerradura, es ahí donde se va a unir el antibiótico que inutilizará la proteína. La proteína de la derecha es la misma que la de la izquierda excepto por una mutación en el ADN que la codifica que cambia la estructura de la proteína como se puede ver. La diferencia es que ahora no presenta la hendidura, no hay "cerradura" por lo tanto el antibiótico no se puede meter y la proteína sigue útil. La bacteria no muere. Aquí vemos como una mutación cambia una proteína que se vuelve resistente al antibiótico y como resultado una bacteria que se moría con el antibiótico ahora es resistente.
Estas mutaciones ocurren en componentes bacterianos esenciales para su vida y que son los que atacan los antibióticos. Las bacterias son muy impermeables y necesitan de canales para comunicar el exterior con su interior. Hay mutaciones en canales que hacen que la bacteria sea impermeable a determinados antibióticos.
Recientemente un equipo de la Universidad de Boston liderado por Jim Collins demostró que la muerte por antibióticos liberaba en las bacterias radicales libres de oxígeno. Estos radicales libres de oxígeno dañan el ADN. En febrero de este año, el mismo equipo publicó en la revista “Molecular Cell” que concentraciones subletales de antibióticos incrementaban el aumento de radicales libres de oxígeno y eran responsables de la aparición de mutaciones que conferían resistencia a los antibióticos. Esto quiere decir que si no empleamos correctamente los antibióticos estamos ayudando a que aparezcan bacterias resistentes. Como microbiólogo este dato me pone los pelos de punta porque lo relaciono con otro dato: de los 17 millones de kilos de antibióticos que se consumen anualmente en los Estados Unidos, el 80% se utiliza en animales de granja, ya sea para prevenir y tratar enfermedades ocasionadas por la cría industrial como para acelerar el crecimiento y engorde de los animales. Este es un escenario en donde el antibiótico está en concentraciones subletal por tanto convierte a estos animales en pequeños laboratorios de selección de superbacterias resistentes como el caso de la bacteria multirresistente
Staphylococcus aureus, o MRSA, que mata a 20.000 estadounidenses cada año - más que el SIDA en ese país. Esto ha dado lugar a una propuesta de ley del Congreso Americano para restringir el uso de antibióticos agrícolas. Ese proyecto de ley, apoyada por la Asociación Médica Americana y la Asociación Americana de Salud Pública tiene la oposición de los grupos de interés agrícola y sigue estancada. La Unión Europea afortunadamente ha prohibido el uso de los antibióticos en las prácticas agrícolas.
Los virus y ADN tipo vírico
Además de la mutación, las bacterias se pueden volver resistentes a los antibióticos si adquieren una bomba que expulse a los antibióticos, o si adquieren una molécula que degrade al antibiótico. Pero ¿cómo adquirir? ¿Van las bacterias al supermercado? las bacterias no están solas, también están los virus y a los virus de las bacterias no les gustan que los antibióticos maten las bacterias donde ellos viven. Por eso es muy frecuente que una bacteria que vive en contacto con antibióticos sea colonizada por un virus, o ADN de tipo vírico que lleva entre sus genes un gen que codifica para una bomba de expulsión de antibióticos, o para una enzima que los degrada. Es por eso que las superbacterias resistentes a antibióticos como por ejemplo
Enterococcus faecium, Acinetobacter baumannii, Staphylococcus aureus, Pseudomonas aeruginosa, Escherichia coli y
Klebsiella presentan en su genona y en plásmidos (ADN tipo vírico) genes de resistencia a antibióticos, muchos de los cuales comparten con distintas especies de bacterias. El anterior grupito de bacterias se caracteriza por ser bacterias que causan enfermedades en humanos con las defensas bajas, por ejemplo pacientes de hospitales, personas inmunocomprometidas... son bacterias que viven bien en el medioambiente y que resisten un amplio abanico de condiciones y por eso son bacterias “acostumbradas” a adquirir ADN foráneo, porque cuantas más herramientas genéticas tengan mejor. Estas bacterias son inquilinos de los hospitales. Allí están expuestas a niveles altos de antibióticos en esos pacientes por lo que si son colonizadas por un virus que lleva un gen de resistencia antibiótica entonces esa bacteria se verá beneficiada y su proporción aumentará en el ambiente hospitalario. Ya estamos acostumbrados por la prensa a leer sobre bacterias resistentes a los antibióticos que causan problemas en hospitales a pacientes inmunocomprometidos, es uno de los signos de la era post-antibiótica, sin embargo, este año la sorpresa saltó con un trabajo publicado por el microbiólogo Bruno González-Zorn en colaboración con la Agencia de Salud de Londres. El grupo español aisló 13 Salmonellas de pacientes en hospitales de Inglaterra y Gales con resistencia a un antibiótico. La mayoría de estos enfermos había viajado recientemente a India. Que una bacteria patógena como Salmonella haya adquirido resistencia a un antibiótico tiene una transcendencia enorme por que estas bacterias SI pueden infectar a individuos perfectamente sanos. La salmonelosis provoca diarrea, dolores abdominales y fiebre con un periodo de incubación de 7 a 28 días. Se cura con antibióticos. Que haya Salmonellas con genes de resistencia a antibióticos nos indica que están bajo presión selectiva y que por lo tanto la adquisición de resistencia a múltiples antibióticos será cuestión de tiempo y habrá riesgo de diseminación por hospitales de todo el mundo en poco tiempo.
Uso incorrecto de los antibióticos aumenta la resistencia
En los últimos años, expertos en salud pública han recomendado que los médicos utilicen los antibióticos sólo cuando sea necesario, y que los pacientes completen cada prescripción. Una parte importante del problema, según el CDC de Atlanta, es la tendencia de la gente a tomar antibióticos para combatir enfermedades como los resfriados, gripe, bronquitis, goteo nasal o dolor de garganta que son causados por virus y no por una bacteria. Para evitar el abuso de los antibióticos muchos médicos están abogando por "esperar y ver" antes de prescribir antibióticos, especialmente en casos como infecciones del oído medio que a veces resultan ser virus y no de origen bacteriano. Pero, ¿por qué los antibióticos matan las bacterias y no virus? Esta es una pregunta que, como diría el genetista Dobzhansky, no se puede entender sino es a la luz de la evolución. En la naturaleza existen básicamente dos tipos de células, la célula bacteriana y la célula eucariota que es que tenemos nosotros, las plantas, los hongos y los protozoos. Las células bacterianas son mucho más pequeñas que las eucariotas.
Esto es así por que las células eucariotas (las nuestras) surgen durante la evolución al unirse algunas bacterias con distintas propiedades en un consorcio de bacterias que con el paso del tiempo y la presión de la selección natural han acabado siendo las células eucariotas de los protozoos, animales, plantas o hongos. Si vemos la biología molecular de las bacterias vemos por tanto que no se diferencia en casi nada de la de los animales, plantas, hongos. Esto es así por que procedemos de las bacterias. Hay sin embargo unas pequeñas diferencias entre bacterias y células eucariotas. La célula eucariota tiene un esqueleto celular que mantiene la morfología de la célula, el ADN lo tiene confinado en un núcleo en forma de cromosomas. La bacteria mantiene su forma por que está a presión, como si fuera un globo. Esta presión interna está entre 5 y 25 atmósferas de presión. Como podéis entender esta presión tan tremenda sólo se puede conseguir si la bacteria está rodeada de una malla lo suficientemente tupida como para evitar que la bacteria reviente. Esta malla llamada pared celular diferencia a la célula bacteriana de la eucariota y es sobre esta malla donde ejercen su actividad tóxica una gran mayoría de antibióticos entre los que se encuentran las penicilinas. En concreto, lo que hace la penicilina es aflojar la malla y la presión hace que la bacteria literalmente estalle. Ahí radica la importancia de los antibióticos que son capaces de matar bacterias sin dañar a las células eucariotas. Hay otros tipos de antibióticos que atacan a las proteínas que en las bacterias se encargan de sintetizar proteínas o de manejar el ADN. Como ya os imaginareis estas proteínas bacterianas son distintas a las de nuestras células, y es por eso que si tomamos estos antibióticos resultan letales para las bacterias y no para las personas, por que para matar bacterias hay muchos productos, podríamos matarlas con cianuro, con lejía, agua oxigenada lo malo es que también moriríamos nosotros y en este caso sería, como se suele decir, peor el remedio que la enfermedad ¿Qué ocurre con los virus? los virus son más pequeños (ver diagrama). Los que causan enfermedades a las personas necesitan las nuestras células para vivir que son eucariotas. ¿Para qué tomar un producto anti-malla bacteriana, anti-proteínas bacterianas? no nos va a ayudar en nada.
Las bacterias son los primeros seres vivos que aparecieron en nuestro planeta. Desarrollaron hace millones de años los antibióticos para utilizarlos para sus propios fines, hoy sabemos que en concentraciones bajas las bacterias utilizan los antibióticos para comunicarse. Hemos sido los humanos los primeros en utilizar los antibióticos en dosis altamente concentrada con el único fin de matar las bacterias. Y las bacterias y los virus han demostrado cuan ingenuos éramos pensando que habíamos derrotado las enfermedades infecciosas bacterianas.
Para saber más
Armas, gérmenes y acero del autor Jared Diamond, editorial Debolsillo 2007.
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