Los antibióticos son el pilar principal en el tratamiento de infecciones bacterianas y, junto con las vacunas, han permitido la casi erradicación de enfermedades infecciosas como la tuberculosis, al menos en los países desarrollados. Sin embargo, el uso excesivo de antibióticos también ha provocado un aumento alarmante de la resistenciabacterias que pueden ser más inteligentes que los antibióticos utilizando diferentes mecanismos. Algunas bacterias patógenas se están volviendo casi intratables, no solo en países subdesarrollados sino también en entornos hospitalarios modernos.
Mientras que algunos investigadores buscan desarrollar antibióticos con nuevos mecanismos de acción, otros intentan entender cómo funcionan los antibióticos para poder idear formas de hacer que funcionen mejor.
En principio, los antibióticos suprimen las infecciones ya sea al matar las bacterias, lo que se llama un efecto bactericida o simplemente al inhibir su crecimiento, por lo que se llama un efecto bacteriostático. Sin embargo, después de suspender el tratamiento, las bacterias inhibidas del crecimiento puedenresurgir de su latencia para comenzar a multiplicarse nuevamente con infecciones latentes que vuelven a recaer en ataques completos.
Ahora, en un nuevo estudio, publicado en línea el 22 de junio en el Actas de la Academia Nacional de Ciencias , un equipo del Instituto Wyss de Ingeniería Biológica de Harvard dirigido por el miembro de la Facultad Core de Wyss James Collins, Ph.D., señala un diferenciador crítico que separa los efectos de los antibióticos bactericidas y bacteriostáticos: la respiración celular. Este proceso metabólico utiliza oxígeno bajocondiciones aeróbicas para convertir la energía almacenada en nutrientes en ATP, la principal moneda de energía utilizada por todas las células.
"Se supo por un tiempo que algunos antibióticos bactericidas ponen la respiración bacteriana en exceso, lo que, al producir demasiados radicales de oxígeno, se vuelve tóxico para los patógenos. Queríamos concentrarnos en estas respuestas bacterianas y decidimos investigar sistemáticamenteniveles de respiración en bacterias tratadas con un espectro más amplio de antibióticos bactericidas y bacteriostáticos ", dijo Michael Lobritz, primer autor del estudio que es investigador clínico del Instituto Wyss, instructor de la Facultad de Medicina de Harvard y médico especialista en enfermedades infecciosas en el Hospital General de Massachusetts MGH.
Para comenzar, Lobritz y sus colegas midieron los niveles de respiración celular en cultivos bacterianos que no fueron tratados, así como en cultivos que fueron tratados con ambos tipos de antibióticos. Los resultados fueron claros: de acuerdo con observaciones anteriores, los antibióticos bactericidas generalmente se aceleraronactividad respiratoria y produjo un desbordamiento tóxico en la producción de energía. Sorprendentemente, sin embargo, el equipo descubrió que los antibióticos bacteriostáticos funcionaban de manera bastante opuesta en la respiración celular, reducían el consumo de oxígeno y la producción de energía.
Dado que en la práctica clínica los antibióticos a menudo se administran en combinaciones para mejorar la eficacia y el espectro de patógenos específicos, el equipo encuestó cómo las combinaciones de diferentes antibióticos afectan la respiración celular. Como resultado, los resultados respiratorios bacteriostáticos siempre dominaron, lo que significa que el efecto neto siemprees una reducción en la respiración celular. Como resultado, los efectos bactericidas se eliminan en la mezcla y las bacterias patógenas se vuelven tolerantes.
"Agregar antibióticos bacteriostáticos a una combinación induce tolerancia bacteriana al tratamiento bactericida. Esto podría ayudar a explicar por qué ciertas terapias con antibióticos no funcionan. Elucidar las vías que median los cambios en la respiración desencadenados por antibióticos específicos podría conducir a nuevos objetivos farmacológicos potenciales que puedenayudar a lograr el mismo resultado en pacientes infectados ", dijo Collins.
El equipo respaldó y amplió sus hallazgos con evidencia genética: la eliminación de genes bacterianos responsables de la respiración celular y la producción de energía evitó la muerte por antibióticos bactericidas. Por el contrario, la eliminación de un gen que ayuda a acoplar el consumo de oxígeno con la producción de energía aumentó artificialmente las tasas de respiracióny al mismo tiempo aumentó la muerte de bacterias tratadas con antibióticos bactericidas. "Estos resultados identifican la aceleración de la respiración celular como un medio para mejorar la actividad de los antibióticos existentes", dijo Lobritz.
Según Collins, "estos hallazgos son solo el comienzo. Muestran que son posibles mejores combinaciones de antibióticos. Pero en última instancia, queremos obtener una visión más profunda de los modos de acción antibióticos que afectan la respiración celular para poder identificar mejores antibióticos para ayudar a tratarinfecciones ". Collins también es el Profesor Termeer de Ingeniería Médica y Ciencia en el Instituto de Tecnología de Massachusetts MIT y profesor de Ingeniería Biológica en el MIT.
"Dado el aumento alarmante de infecciones causadas por bacterias resistentes a múltiples fármacos, los hallazgos del equipo proporcionan una estrategia completamente nueva para el desarrollo de terapias que se necesitan con urgencia", dijo el Director Fundador del Instituto Wyss, Donald Ingber, MD, Ph.D., quien estambién el profesor de Biología Vascular Judah Folkman en la Facultad de Medicina de Harvard y el Hospital de Niños de Boston y profesor de Bioingeniería en la Facultad de Ingeniería y Ciencias Aplicadas John A. Paulson de Harvard.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto Wyss de Ingeniería Biológicamente Inspirada en Harvard . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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