Las bacterias patógenas han afectado la salud humana desde los inicios del proceso de civilización, o incluso desde antes. En huesos de indígenas peruanos, cuya antigüedad se calcula en mil años, se encontró ácido desoxirribonucléico (ADN) de Mycobacterium pinnipedii, una bacteria cercana a Mycobacterium tuberculosis, causante de la tuberculosis humana. Aunque una especie cercana a estas dos, ya existía hace cinco mil años.
Algunas enfermedades infecciosas bacterianas, han provocado altos niveles de mortandad en periodos muy cortos de tiempo. La Pandemia Justiniana, ocurrida en el Norte de África y Europa entre los años 541 y 767 y ocasionada por la bacteria Yersinia pestis, es un ejemplo de ello. Esta misma bacteria causó la llamada Muerte Negra en la Europa medieval, la cual provocó el fallecimiento de una tercera parte de la población europea de entonces. Aunque había duda sobre el origen de la mortandad tan elevada de ese periodo, el ADN de la bacteria, recuperado de esqueletos humanos antiguos, indica que este patógeno fue el culpable.
Un ejemplo histórico más reciente es la mortandad masiva de población indígena en México durante el periodo 1545–1550, por una enfermedad que los indígenas llamaban cocoliztli. Investigadores de Alemania, Estados Unidos de América (EUA) y Suiza, en colaboración con científicos del Instituto Nacional de Antropología e Historia de México, han relacionado al cocoliztli con una variante de la bacteria Salmonella enterica, denominada serotipo Paratyphi C. Los investigadores llegaron a este resultado debido a que esqueletos de un cementerio indígena en Oaxaca, tenían el ADN de esta bacteria, por lo que proponen que se trató de la denominada fiebre entérica (tiofidea/paratifoidea), que es la enfermedad provocada por el patógeno identificado.
Estos casos sirven para ejemplificar, cómo el ser humano ha padecido enfermedades ocasionadas por bacterias que han representado un serio problema de salud desde que inició su expansión por la Tierra. Pero, ¿Cómo se pudo empezar a combatir eficazmente éstas y otras enfermedades causadas por bacterias? A partir del descubrimiento e introducción de los antibióticos.
Los antibióticos, una herramienta para combatir las bacterias patógenas
Los antibióticos son compuestos orgánicos que inhiben el crecimiento bacteriano o matan a las bacterias, y están dirigidos a moléculas o estructuras específicas dentro de las células bacterianas. Comúnmente se acepta que los antibióticos son de origen natural, al ser producidos por especies de distintos grupos biológicos. Algunos otros científicos también reconocen como antibióticos, a moléculas totalmente sintetizadas por el hombre en laboratorios farmacéuticos, aunque no todos están de acuerdo en esto. Un tercer grupo serían los antibióticos “híbridos”, en los que una parte de la molécula es natural y la otra sintética.
Si se aceptan las moléculas sintéticas, puede considerarse que el uso de antibióticos inició con la arsfenamina en 1910 y la posterior introducción del prontosil en 1932. Pero si por el contrario, solo se consideran las moléculas de origen natural, entonces debemos tomar en cuenta el año 1928, cuando Alexander Fleming descubrió la penicilina —antibiótico producido por hongos del género Penicillium—, la cual tuvo su primer uso terapéutico en 1941. En este sentido, al hablar de antibióticos de origen natural, estas dos fechas pueden considerarse como las relevantes para el inicio del uso de antibióticos.
Los antibióticos pueden dividirse en grupos de acuerdo con sus características químicas. Entre los primeros antibióticos utilizados, la arsfenamina y el prontosil pertenecen a las sulfonamidas, mientras que la penicilina al grupo de las β-lactamas. Con el tiempo se descubrieron nuevos antibióticos, como los aminoglucósidos, y los de más reciente introducción como los betalactámicos, macrólidos y quinolonas. Otra forma de clasificar los antibióticos es por la manera en que atacan las distintas funciones vitales de las bacterias.
En este sentido, están aquellos que rompen la integridad de la célula al impedir que se forme la pared celular, o desestabilizando la estructura de la membrana plasmática, estructuras que delimitan a las células bacterianas. Otros afectan la función de un complejo de moléculas denominado ribosoma, inhibiendo la síntesis de proteínas. También están aquellos que impiden la replicación o copiado del ADN, algo que la bacteria requiere hacer cada vez que va a dividirse; o bien los que bloquean el proceso para generar los mensajes que surgen de las secuencias de ADN necesarios para la síntesis de proteínas, denominado transcripción.
Fechas de descubrimientos de antibióticos relevantes, organismos de los que fueron aislados y de aquellas que son moléculas sintéticas
Mecanismos de acción de algunos grupos de antibióticos
Las bacterias pueden adquirir resistencia a los antibióticos
¿Por qué a pesar de que los primeros antibióticos aparecieron desde inicios del siglo pasado, se continúa con el descubrimiento e incorporación de nuevos grupos?
Esto se debe a que las bacterias patógenas han adquirido resistencia a cada nuevo tipo de antibiótico que el hombre ha utilizado para combatirlas, de manera que, cada vez es más difícil curarnos de enfermedades infecciosas bacterianas.
Actualmente se conocen muy bien las principales estrategias que las bacterias emplean para desarrollar resistencia a los antibióticos. Un primer mecanismo de defensa es impedir que el antibiótico entre a la célula, modificando las características de la membrana que la rodea. Si el antibiótico entra, las bacterias tienen proteínas en esta membrana que funcionan como “bombas”, de manera similar a las que sacan agua de un pozo, para expulsar al antibiótico del interior celular antes de que pueda causarle daño. Si todavía quedan moléculas de antibiótico dentro de la célula bacteriana, otro tipo de proteínas puede degradar al antibiótico, destruyendo los enlaces químicos que conforman la molécula, para hacerlo inofensivo. Las bacterias también pueden modificar la estructura química de la molécula, blanco sobre la que actúa el antibiótico, para que ya no la pueda identificar, evitando así el daño. Estas estrategias dan una idea de cómo en su interacción con la medicina humana, las bacterias han desarrollado mecanismos exitosos de defensa.
Una bacteria puede contar con más de uno de estos mecanismos de defensa, presentando resistencia a tres o más antibióticos de los distintos grupos químicos, una característica denominada multirresistencia. Una bacteria multirresistente es muy difícil de combatir para un médico y puede causar la muerte del paciente. Como si esto no fuera lo suficientemente preocupante, las bacterias que poseen estos mecanismos de resistencia los heredan a las células “hijas” cuando se dividen, y además, también transfieren a otras bacterias de distinta especie, moléculas de ADN que contienen las instrucciones para la resistencia. Esto ocurre en ríos, lagos, suelo y en los alimentos, y también en nuestro cuerpo, una vez que la bacteria patógena se encuentra con las bacterias que lo habitan de manera natural, comúnmente sin causarnos daño. Estas interacciones permiten que aquellas bacterias que no eran resistentes, puedan adquirir resistencia a un antibiótico o tornarse multirresistentes.
Fuentes de nuevos antibióticos
La gran diversidad biológica del planeta constituye una “farmacia natural” en la cual es posible encontrar nuevas sustancias orgánicas para atacar con éxito a las bacterias patógenas multirresistentes.
Las plantas han sido consideradas desde hace tiempo una fuente importante de nuevos antibióticos, debido a la documentación de su eficacia en el uso tradicional de distintas culturas en todo el mundo. Las hojas, las raíces, los tallos y el fruto de una planta pueden contener una gran variedad de compuestos orgánicos, algunos de los cuales son efectivos contra bacterias patógenas.
Desde el descubrimiento de la penicilina, los hongos han sido continuamente evaluados para encontrar nuevos antibióticos. Una ventaja de este grupo de organismos, es que algunos de esos compuestos son “arrojados” al medio de cultivo en los que crecen comúnmente en el laboratorio, lo que facilita su recuperación.
Otro grupo microbiano ampliamente estudiado son las actinobacterias, en las cuales se ha identificado una gran variedad de antibióticos, incluidos algunos de uso actual. Más recientemente, los investigadores han puesto su atención en distintas especies marinas, como algas, esponjas y corales. Debido a que la investigación en estos grupos biológicos todavía es incipiente, se cree que los primeros antibióticos descubiertos en estos organismos, son apenas el inicio de la descripción de sustancias con diferentes mecanismos de acción, que pueden ser eficientes para combatir distintas enfermedades causadas por bacterias.
Sin duda alguna, la investigación de los compuestos producidos por distintos grupos de organismos, permitirá encontrar antibióticos eficaces contra bacterias que representan grandes riesgos actuales y futuros para la salud humana. Pero, así como las bacterias han respondido generando mecanismos para resistir a los antibióticos que se usan en la actualidad, seguramente irán modificando su ADN y sus células para resistir a los nuevos antibióticos. Esta será una larga batalla entre el ingenio humano para combatir enfermedades bacterianas, y la capacidad evolutiva de las bacterias para crear mecanismos que les permitan combatir cada nuevo antibiótico. No creemos que ni a nosotros, los autores de este trabajo, ni al amable lector actual, nos toque ver el final de la historia y conocer al ganador.
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Daisy Pineda Suazo, estudiante del Programa Institucional de Doctorado en Ciencias Biológicas en el Centro Multidisciplinario de Estudios en Biotecnología de la Facultad de Medicina Veterinaria y Zootecnia de la Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo.
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Gerardo Vázquez Marrufo, profesor e investigador del Centro Multidisciplinario de Estudios en Biotecnología de la Facultad de Medicina Veterinaria y Zootecnia de la Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo.
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