Descubren cómo las bacterias dentro de células se comunican para evadir antibióticos

El hallazgo revela que diferentes tipos de elementos genéticos móviles —fragmentos cortos de ADN que transportan información— pueden intercambiar material genético entre sí, lo que amplía significativamente nuestra comprensión sobre cómo las bacterias desarrollan resistencia a los antibióticos.

"La resistencia a los antibióticos está aumentando globalmente", explicó Cheryl Andam, profesora asociada del Departamento de Ciencias Biológicas de la Universidad de Albany y directora científica de Investigación en Ciencias de la Vida. "Los pacientes están adquiriendo infecciones que antes podíamos tratar, pero a medida que las cepas bacterianas se vuelven cada vez más virulentas y resistentes a múltiples tipos de medicamentos, los proveedores de salud se están quedando sin opciones", según indicó la investigadora.

Andam comparó el descubrimiento con darse cuenta de que poblaciones distintas, que se pensaba no compartían un idioma, en realidad están comunicándose y aprendiendo unas de otras. "Dentro de las células, hay lo que llamamos 'elementos genéticos móviles' —fragmentos cortos de ADN que transportan información y vienen en muchas formas diferentes, todas con diferentes funciones y estructuras", explicó.

Antes de este estudio, los científicos sabían que los elementos genéticos móviles de un tipo particular podían intercambiar información entre sí, tanto dentro de una célula determinada como entre células. Lo que no sabían es que diferentes tipos de elementos genéticos móviles también pueden comunicarse entre sí intercambiando fragmentos de ADN, transmitiendo información que ayuda al patógeno a desarrollar resistencia a los medicamentos y aumentar su transmisibilidad.

"Este entendimiento amplía enormemente nuestra visión de la comunicación intercelular y también de cómo los patógenos evolucionan para volverse más mortales", añadió Andam.

## Mapeo de vías de información dentro de las células

La listeriosis, causada por la bacteria Listeria monocytogenes, puede propagarse a partes normalmente estériles del cuerpo, incluida la sangre y el cerebro, dando lugar a afecciones potencialmente mortales como sepsis, meningitis y encefalitis. La forma invasiva de listeriosis representa una importante amenaza para la salud pública, con una tasa de mortalidad del 20-30%.

En este estudio, los investigadores examinaron cómo los elementos genéticos móviles transfieren secuencias de ADN, incluidos genes de resistencia antimicrobiana, en L. monocytogenes mediante el análisis de secuencias del genoma bacteriano y el mapeo de conexiones genéticas entre diferentes tipos de elementos genéticos móviles.

El análisis incluyó secuencias de ADN extraídas de 936 muestras de L. monocytogenes tomadas de pacientes con listeriosis en el estado de Nueva York entre 2000 y 2021. Utilizando programas informáticos especializados, los investigadores identificaron diferentes tipos de elementos genéticos móviles en los genomas bacterianos. Su análisis incluyó un total de 2.332 elementos genéticos móviles, centrándose en tres tipos principales: plásmidos, fagos y transposones.

Para comprender cómo estos elementos genéticos móviles comparten ADN entre sí, los investigadores crearon un diagrama de red donde cada elemento genético móvil estaba representado como un punto y las conexiones entre elementos genéticos móviles que compartían secuencias de ADN similares se mostraban como líneas.

"La transferencia de ADN entre diferentes tipos de elementos genéticos móviles amplía dramáticamente la distribución y movilidad de genes de resistencia antimicrobiana y genes de virulencia", explicó Andam. "Cuando estos diferentes tipos de elementos intercambian material genético, pueden crear nuevas combinaciones de genes de resistencia. Por ejemplo, un elemento genético móvil que porta tres genes de resistencia puede adquirir tres más de otro elemento, resultando en un portador con seis genes de resistencia. Las células bacterianas que adquieren tales elementos pueden aprender a resistir múltiples tipos de antibióticos, haciendo que las infecciones sean cada vez más difíciles de tratar".

"La secuenciación que realizamos en nuestro laboratorio contribuye a la vigilancia nacional y local de patógenos transmitidos por alimentos", señaló la coautora principal del estudio, Kimberlee Musser, Jefa de Enfermedades Bacterianas del Centro Wadsworth del Departamento de Salud del Estado de Nueva York. "Además de la vigilancia, estamos entusiasmados de contribuir con estos datos de secuenciación de patógenos para responder preguntas de investigación como las exploradas en este estudio, con el fin de mejorar nuestra comprensión general de las enfermedades transmitidas por alimentos".

## Implicaciones para el tratamiento de enfermedades infecciosas

El estudio también tiene importantes implicaciones para combatir desafíos clínicos importantes como el aumento de la virulencia y la resistencia a múltiples medicamentos.

"Comprender cómo las bacterias se vuelven resistentes a los medicamentos que antes podían matarlas es una pregunta crítica en la investigación biomédica", dijo Andam. "Algún día, esperamos que nuestro trabajo pueda informar el desarrollo de nuevos medicamentos más potentes. También podría utilizarse como una estrategia predictiva. A medida que aprendemos más sobre los mecanismos matizados en juego dentro de diferentes cepas de un patógeno particular, se vuelve posible predecir mejor qué medicamento será más efectivo para tratar una cepa determinada. Esto podría ayudar a un proveedor a identificar el mejor tratamiento de manera más eficiente, mejorando los resultados para el paciente cuando el tiempo es esencial".

Este descubrimiento se suma a un creciente cuerpo de investigación sobre la importancia de los microbiomas en la salud humana. Estudios recientes han demostrado que diversos microorganismos, incluidas bacterias y hongos, están presentes en tejidos tumorales y células inmunes, constituyendo un componente importante del microambiente tumoral inmune, según indica una revisión publicada en la base de datos del Centro Nacional de Información Biotecnológica.

La investigación sobre la comunicación entre microbios intratumorales y la inmunidad tumoral también está revelando nuevas perspectivas para la terapia contra el cáncer, lo que subraya la importancia de comprender las interacciones microbianas complejas en diversos contextos de enfermedades humanas.