Desnudando la evolución de las bacterias resistentes

La resistencia a los antibióticos es una de las principales preocupaciones de salud pública para los investigadores y hay cientos de líneas abiertas para conocer mejor qué mecanismos podrían servir para frenar su aparición. Pero el equipo de Roy Kishony y Michael Baym ha tenido una idea sencilla y maravillosa: han fabricado una inmensa placa de Petri y han hecho una especie de 'carrera' de bacterias en la que los obstáculos eran distintas concentraciones de antibiótico. El resultado es una radiografía de la evolución en vivo con un montón de datos útiles para combatir el problema.

Hicieron una 'carrera' de bacterias en la que los obstáculos eran líneas de antibiótico

El dispositivo, que han bautizado como MEGA, mide 120 por 60 centímetros y es simple y elegante en su construcción. Los investigadores, cuyo trabajo se publica en la revista Science, pusieron dos cultivos de Escherichia coli en ambos lados de la placa rectangular y colocaron una serie de bandas con diferentes concentraciones de dos tipos de antibiótico (trimetoprima y ciprofloxacino). A medida que las bacterias empezaron a  proliferar, el cultivo iba creciendo de forma que los microorganismos con variantes capaces de resistir al antibiótico seguían creciendo hasta llegar a la concentración que no podían superar. De esa población surgían otros mutantes que podían ir más arriba en las concentraciones y avanzaban como una ramificación progresiva del cultivo. Sólo los mutantes de otros mutantes llegaban a pasar las barreras, lo que significa que la aparición de mutantes “de bajo nivel” es una precondición para la alta resistencia. Al cabo de unos 11 días, una de las generaciones alcanzó la zona con una concentración de 1.000 veces más antibiótico al que habían sobrevivido las primeras bacterias, mostrando un verdadero mapa evolutivo de la resistencia al medicamento.

Como en experimentos anteriores, los científicos comprobaron que es la exposición a  concentraciones intermedias de antibióticos lo que permite a las bacterias hacerse resistentes. Pero lo más relevante es que se encontraron con que las bacterias más “aptas”, en el sentido darwiniano, no eran necesariamente las mejor adaptadas para infiltrarse en el territorio de mayor concentración de antibiótico, sino las "mutantes atrapadas", las que quedaron detrás de sus descendientes. ¿A qué se debe? Como apunta Fernando Baquero, profesor de Investigación en Biología y Evolución de los Microorganismos en el Instituto de Investigación del Hospital Ramón y Cajal en Madrid (IRYCIS), "algunas líneas exitosas que surgen demasiado tarde pueden quedar aisladas, bloqueadas por el desarrollo de los mediocres". Los autores sugieren que la evolución de la resistencia no está liderada por las mutantes más "aptas", sino por aquellas que están suficiente en forma y suficientemente cerca de la línea frontal de avance. Para progresar no basta ser los mejores, sino que hay que estar en un área que permite el progreso.

El efecto tiene que ver con que las mutaciones para el aumento de la resistencia al antibiótico conllevan un coste en el ritmo de crecimiento, lo que era inmediatamente sucedido de una serie de “mutaciones compensatorias”, según descubrieron los autores. Para su sorpresa, la ubicación espacial de las bacterias jugaba un papel en el éxito a la hora de desarrollar resistencia. Cuando los investigadores movían a estos “mutantes atrapados” (rodeados de “mediocres”, en palabras de Baquero) a las primeras líneas de avance del cultivo, estos eran capaces de crecer en las regiones de antibióticos de una manera en que las bacterias que se habían colocado delante no podían.

Todo esto, como apuntan Luke McNally y Sam Brown en un artículo complementario en Science, conforma un árbol sorprendentemente parecido a la forma en que evolucionan las especies en la naturaleza y "una visualización sin precedentes de la evolución en el espacio y el tiempo". A diferencia de otros experimentos parecidos, en la placa MEGA las bacterias mostraron una enorme variedad de mecanismos de resistencia. Como en todo proceso evolutivo, se abrieron caminos que llegaban a un callejón sin salida mientras otras generaciones se ramificaban y evolucionaban por otra vía. El mecanismo recuerda al mítico experimento realizado por Richard Lenski en la Universidad Estatal de Michigan, quien lleva más de 25 años manteniendo un cultivo de E. coli y conserva en seis frigoríficos 60.000 generaciones de esta bacteria gracias a los cuales se ha comprendido la dinámica de las innovaciones evolutivas como nunca hasta ahora.

A juicio de sus creadores, esta sencilla herramienta llamada MEGA puede servir para explorar aspectos mucho más complejos de la resistencia a los medicamentos de distintos organismos, probando nuevos antibióticos e incluso las relaciones entre especies al ser colocadas en la carrera de obstáculos de la placa de Petri. Y lo más importante, proporciona un magnífico instrumento para ver la evolución avanzando y desarrollándose en directo, una ocasión perfecta, según McNally y Brown, para acallar a los partidarios del “si no lo veo no lo creo".

Referencias: Spatiotemporal microbial evolution on antibiotic landscapes (Science) | Visualizing evolution as it happens (Science) 

Opinión: El privilegio de ver la evolución in vitro. Por Fernando Baquero.