El método computacional rápido y de bajo costo puede monitorear la propagación de la resistencia a los antibióticos a lo largo del tiempo

La creciente resistencia a los antibióticos y otros tratamientos antimicrobianos es un serio desafío para el cuidado de la salud a nivel mundial. Un nuevo estudio en antibióticos demuestra un método para rastrear la propagación de genes de resistencia antimicrobiana entre poblaciones bacterianas a lo largo del tiempo. La nueva técnica computacional se basa en la disponibilidad cada vez mayor de secuencias genéticas bacterianas en bases de datos públicas como GenBank.

«Nuestra idea es que esto podría usarse como un sistema de monitoreo», explica Ivan Erill, profesor de ciencias biológicas en la UMBC y autor principal del estudio. «Es excelente para los estudios que intentan encontrar información sobre lo que sucede en los genomas bacterianos».

Con el código desarrollado por Erill y sus colegas Miquel Sánchez-Osuna y Jordi Barbé de la Universitat Autònoma de Barcelona, ​​es posible analizar las secuencias de todos los plásmidos bacterianos conocidos (pequeñas piezas circulares de ADN que pueden intercambiar genes entre bacterias) en aproximadamente una hora. Los resultados revelan qué genes de resistencia se están propagando más y el origen probable de los genes.

Un análisis computacional como este es mucho más rápido y menos costoso que los sistemas complejos que involucran la coordinación entre médicos de todo el mundo. Esto significa que podría llevarse a cabo con más frecuencia para ayudar a los médicos e investigadores a mantenerse actualizados sobre las amenazas cambiantes de la resistencia.

«Va a haber más y más datos que se pueden extraer de esta manera», dice Erill, señalando que la cantidad de datos de secuencias genéticas disponibles se duplica aproximadamente cada dos años. Y agrega: «Me encanta porque es simple. Es rápido y puedes implementarlo en un instante».

Trabajo de detective genético

Entonces, ¿cómo funciona esta nueva técnica? El ADN microbiano, como todo el ADN, se compone de cuatro bases: A, T, G y C. A se empareja con T y G se empareja con C. Sin embargo, la proporción de las bases varía considerablemente entre las especies microbianas. Algunas bacterias se dividen 50-50 entre pares AT y GC, mientras que otros genomas bacterianos pueden contener entre un 30 y un 70 por ciento de pares GC. En un estudio previoErill y sus colegas aprovecharon esta variabilidad para investigar la aparición de resistencia contra las sulfonamidas, una clase temprana de antimicrobianos.

A medida que los genes de resistencia saltan de una especie a otra a través de plásmidos, conservan en gran medida la proporción de GC de su fuente original. Entonces, si hay una discrepancia entre la proporción de GC del gen de resistencia y el resto del genoma de una bacteria, eso significa que el gen de resistencia proviene de otra parte. La simplicidad de esta técnica significa que no solo es más rápida que los métodos clínicos para rastrear el movimiento de los genes de resistencia, sino también más rápida que otros métodos computacionales.

Si un gen de resistencia ha estado en una especie el tiempo suficiente, su secuencia genética eventualmente puede comenzar a acercarse al contenido de GC de su nuevo huésped, pero eso podría llevar millones de años. «Por lo que estamos viendo, que es el movimiento de genes en los últimos 60 a 100 años», dice Erill, «es básicamente una instantánea».

Los especialistas se propagan más rápido

Usando la nueva técnica de monitoreo, los autores del estudio confirmaron que es más probable que los genes de resistencia se propaguen si están en plásmidos conjugativos, un tipo de plásmido que puede transferirse fácilmente entre células bacterianas. Los investigadores generalmente ya entendieron esto, pero confirmarlo con el nuevo método ayudó a verificar la eficacia de la técnica.

El nuevo estudio también encontró que los genes de resistencia que se dirigen efectivamente a antibióticos muy específicos son los que más se propagan. Estos genes generalmente requieren tantas mutaciones para evolucionar que es poco probable que hayan surgido naturalmente en una bacteria dada desde que los humanos comenzaron a usar antibióticos. Pero si están presentes en cualquier parte de la población bacteriana cuando se introduce el antibiótico correspondiente, se propagarán rápidamente.

«Tan pronto como hay una presión selectiva de ese antibiótico, hay una presión selectiva para mover esto, porque es la bala de plata de una bacteria contra ese antibiótico», dice Erill. Por el contrario, la resistencia genérica que requiere solo unas pocas mutaciones en los genes existentes tiene menos probabilidades de propagarse rápidamente, explica Erill. «No hay mucha presión selectiva para transmitirlo, porque para cuando llega, es probable que la bacteria ya lo haya descubierto», dice.

Los hospitales no son probablemente los culpables

El nuevo estudio también encontró que los genes de resistencia a los antibióticos utilizados en el ganado o recetados fuera de los hospitales probablemente se propagarían a través de la población bacteriana mundial. La resistencia a los antibióticos utilizados en entornos más limitados apenas se propaga. «Eso te dice que si usas las cosas con cautela, entonces no hay tanta presión selectiva», dice Erill.

Quizás lo más importante para el avance de la política de antibióticos es que el equipo de Erill descubrió que la mayoría de los genes de resistencia provenían de una sola fuente y luego se propagaban, en lugar de evolucionar de forma independiente varias veces. «La resistencia está en el medio ambiente», dice Erill, y explica que se necesita un vehículo para incorporarse a la corriente principal.

Si los antibióticos solo se usaran en los hospitales, en lugar de en el ganado y otros entornos, la resistencia sería mucho menos común, argumenta Erill. Esto se debe a que la resistencia solo por el uso hospitalario «supondría que ya tienes bacterias naturalmente resistentes viviendo en el hospital, listas para transmitir sus genes», sugiere. Si bien ciertamente hay microbios infecciosos presentes en los hospitales, «la mayor parte de la diversidad microbiana se encuentra en el suelo y el agua», dice Erill. Si los antibióticos nunca llegan a las células que son resistentes, esa resistencia no se propagará.

Si bien el nuevo estudio es «un documento de métodos más que un documento de resultados», dice Erill, «creemos que es una contribución importante». Propone un proceso para monitorear continuamente los cambios en los genomas bacterianos a lo largo del tiempo, lo que podría influir en futuras investigaciones de desarrollo de antibióticos o regímenes de tratamiento. Quizás incluso podría fomentar límites en el uso de antibióticos en la agricultura y otros entornos donde los medicamentos pueden terminar en el medio ambiente.

Lo mejor de todo es que otros equipos de investigación pueden usar el nuevo método para buscar respuestas a sus propias preguntas, explica Erill. «Puedes usarlo con un peine muy fino para pinchar lo que te interese».