Investigadores del Reino Unido han revelado, por primera vez, en un impresionante nivel de detalle, cómo los antibióticos salvan vidas al actuar contra bacterias perjudiciales. Este equipo, liderado por la Universidad College London (UCL) y el Imperial College London, ha demostrado cómo una clase de antibióticos conocida como polimixinas puede penetrar la armadura de E. coli y eliminar estos microbios.
Los hallazgos, publicados en la revista Nature Microbiology, abren la puerta a nuevas estrategias para tratar infecciones bacterianas, especialmente críticas dado que las infecciones resistentes a los medicamentos ya causan más de un millón de muertes al año.
El papel crucial de las polimixinas en la lucha contra bacterias resistentes
Las polimixinas fueron descubiertas hace más de 80 años y se utilizan como tratamiento de última instancia para infecciones provocadas por bacterias “Gram negativas”. Estas bacterias cuentan con una capa externa que actúa como una armadura, impidiendo que ciertos antibióticos penetren en su interior. Aunque se conoce que las polimixinas atacan esta capa externa, el mecanismo exacto mediante el cual logran interrumpirla y matar a las bacterias aún no estaba claro.
“A través de la captura de estas increíbles imágenes de células individuales, hemos podido mostrar que esta clase de antibióticos solo funciona con la ayuda de la bacteria; si las células entran en un estado similar a la hibernación, los medicamentos dejan de ser efectivos”, afirma el Dr. Andrew Edwards.
En este nuevo estudio, el equipo investigador presentó imágenes de alta resolución y experimentos bioquímicos que revelan cómo el antibiótico Polimyxin B provoca rápidamente la aparición de protuberancias en la superficie de una célula bacteriana E. coli. Estas protrusiones, visibles en cuestión de minutos, son seguidas por la rápida pérdida de su armadura exterior.
Mecanismos inesperados detrás del funcionamiento del antibiótico
Los investigadores concluyeron que el antibiótico había inducido a la célula a producir y desprender su propia armadura. A medida que la célula intentaba generar nueva defensa, perdía tanto material que quedaban huecos en sus defensas, permitiendo así que el antibiótico penetrara y acabara con ella.
No obstante, se descubrió que este proceso —la aparición de protrusiones, producción acelerada y pérdida de armadura— solo ocurría cuando la célula estaba activa. En condiciones donde las bacterias estaban inactivas o “dormidas”, la producción de armadura se desactivaba, lo que hacía al antibiótico ineficaz.
El Dr. Edwards destacó: “Durante décadas hemos asumido que los antibióticos dirigidos a la armadura bacteriana podían matar a los microbios independientemente del estado en que se encontraran; sin embargo, esto no es cierto.”
Nuevas direcciones para mejorar tratamientos antibacterianos
La capacidad de volverse inactiva permite a las bacterias sobrevivir en condiciones desfavorables como falta de alimento. Pueden permanecer inactivas durante años y “despertar” cuando las condiciones mejoran. Esto les permite resistir los efectos de los antibióticos y reactivar infecciones recurrentes en el organismo.
El profesor Bart Hoogenboom, coautor del estudio e investigador del Centro Londinense para Nanotecnología en UCL, enfatizó: “Las polimixinas son una línea importante de defensa contra las bacterias Gram negativas responsables de muchas infecciones mortales resistentes a fármacos. Es crucial entender cómo funcionan.”
Afrontar este desafío implica utilizar estos hallazgos para hacer más efectivas a las polimixinas. Una estrategia podría ser combinar su tratamiento con métodos que promuevan la producción de armaduras o reactiven las bacterias inactivas para eliminarlas también.
Técnicas innovadoras para observar el comportamiento bacteriano
Las células E. coli fueron analizadas en el Centro Londinense para Nanotecnología utilizando una técnica llamada microscopía de fuerza atómica, donde una aguja diminuta escaneó sobre la superficie celular para crear imágenes con una resolución mucho mayor a la posible con luz convencional.
Carolina Borrelli, estudiante doctoral involucrada en el estudio, comentó: “Fue increíble observar el efecto del antibiótico sobre la superficie bacteriana en tiempo real. Nuestras imágenes muestran directamente cuánto pueden comprometer las polimixinas la armadura bacteriana.”
A través del análisis comparativo entre células activas e inactivas expuestas al Polimyxin B, se determinó que el antibiótico eliminaba eficazmente las células activas pero no afectaba a aquellas inactivas. Además, al introducir azúcar como fuente alimenticia para activar células dormidas, se observó que el antibiótico podía eliminar estas últimas tras un breve retraso necesario para reactivar su producción defensiva.
Puntos débiles revelados gracias a investigaciones colaborativas
Los autores también notaron que cuando el antibiótico era efectivo había un aumento notable en la liberación de armaduras desde las bacterias y se registraron bulges visibles en sus superficies. En contraste, cuando no era efectivo aunque se unía a la membrana externa, causaba poco daño.
Diversos investigadores coincidieron en señalar que trabajar juntos ha proporcionado perspectivas únicas sobre la fisiología y morfología bacteriana bajo estrés; ahora comprenden mejor los puntos débiles presentes en estas estructuras celulares.
Este trabajo fue financiado por varias instituciones británicas dedicadas a investigación biotecnológica y científica.
Si (
No(
