Un nuevo estudio revela que las bacterias pueden sobrevivir al tratamiento antibiótico a través de dos “modos de apagón” fundamentalmente diferentes, no solo la clásica idea de la dormencia, lo que hace posible diseñar terapias más eficaces que prevengan la reaparición de infecciones.
Se supone que los antibióticos eliminan bacterias dañinas. Sin embargo, en muchas infecciones persistentes, un pequeño número de células bacterianas logra sobrevivir, solo para reaparecer más tarde y causar recaídas. Este fenómeno, conocido como persistencia antibiótica, es un factor principal del fracaso del tratamiento y una de las razones por las que las infecciones pueden ser tan difíciles de curar completamente.
Durante años, la persistencia se ha atribuido en gran medida a bacterias que se apagan y permanecen inactivas, entrando esencialmente en un tipo de sueño que las protege de antibióticos diseñados para estimular el crecimiento activo. Pero una nueva investigación liderada por la estudiante de doctorado Adi Rotem, bajo la dirección de la profesora Nathalie Balaban de la Universidad Hebrea, revela que esta explicación solo cuenta parte de la historia.
El estudio muestra que una alta supervivencia bajo antibióticos puede originarse en dos estados fundamentalmente diferentes de detención del crecimiento, y no son simplemente variaciones del mismo comportamiento “dormido”. Uno es un apagado controlado y regulado, el modelo clásico de inactividad. La otra es algo completamente distinto: un arresto alterado y desregulado, donde las bacterias sobreviven no por calma protectora, sino entrando en un estado defectuoso con vulnerabilidades claras.
“Descubrimos que las bacterias pueden sobrevivir a los antibióticos siguiendo dos caminos muy diferentes”, dijo la profesora Balaban. “Reconocer la diferencia ayuda a resolver años de resultados contradictorios y apunta a estrategias de tratamiento más efectivas”.
Dos “modos de supervivencia” y por qué importan
Los investigadores identificaron dos arquetipos de paro del crecimiento que pueden llevar a la persistencia, pero por razones muy diferentes:
1) Detención del crecimiento regulada: un estado latente protegido
En este modo, las bacterias se ralentizan intencionadamente y entran en una condición estable y defensiva. Estas células son más difíciles de eliminar porque muchos antibióticos dependen del crecimiento bacteriano para ser efectivos.
2) Arresto del crecimiento alterado: Supervivencia a través de la ruptura
En el segundo modo, las bacterias entran en un estado desregulado y alterado. Esto no es un apagado planificado, sino una pérdida del control celular normal. Estas bacterias muestran un amplio deterioro en la homeostasis de membrana, una función fundamental necesaria para mantener la integridad de la célula.
Esa debilidad podría convertirse en un objetivo clave del tratamiento.
Un marco que podría transformar las estrategias de antibióticos
La persistencia de los antibióticos juega un papel en infecciones recurrentes en una amplia variedad de contextos, desde infecciones crónicas del tracto urinario hasta infecciones relacionadas con implantes médicos. Sin embargo, a pesar de la intensa investigación, los científicos han tenido dificultades para ponerse de acuerdo sobre un único mecanismo que explique por qué las células persistentes sobreviven. Diferentes experimentos han producido resultados contradictorios sobre cómo son los persistentes y cómo se comportan.
Este estudio ofrece una explicación: los investigadores podrían haber estado observando diferentes tipos de bacterias detenidas sin reconocer que eran distintas.
Al separar la persistencia en dos estados fisiológicos diferentes, los hallazgos sugieren un futuro en el que los tratamientos podrían adaptarse, dirigiéndose a los persistentes latentes de una manera y a los persistentes alterados de otro.
Cómo los investigadores vieron lo que otros pasaron por alto
El equipo combinó modelado matemático con varias herramientas experimentales de alta resolución, incluyendo:
- Transcriptómica, para medir cómo cambia la expresión génica bacteriana bajo estrés.
- Microcalorimetría, para monitorizar los cambios metabólicos mediante pequeñas señales de calor.
- Microfluídica, que permite a los científicos observar células bacterianas individuales bajo condiciones controladas.
En conjunto, estos enfoques revelaron firmas biológicas claras que distinguen la detención del crecimiento regulada de la interrupción del crecimiento, junto con las vulnerabilidades específicas del estado alterado.
Financiación:
Subvención Avanzada del Consejo Europeo de Investigación, subvención N° 101054653.
Centro Minerva para la Toma de Decisiones Estocásticas en Microorganismos.
Fundación de Ciencia de Israel N° 597/20.
Fundación Milner, fundada por Yuri Milner y su esposa Julia (AR).
El artículo de investigación titulado “Differentiation between regulated and disrupted growth-arrests allows tailoring of effective treatments for antibiotic persistence”, ya está disponible en Science Advances.
Investigadores:
Adi Rotem1, Yoav Kaplan1, Orit Gefen1, Irine Ronin1, Alon Gutfreund1, Hagai Rappeport1, Raya Faigenbaum-Romm1, Nitsan Naor1, Elisheva Stav1, Oded Agam1, Nathalie Q. Balaban1.
Instituciones:
1) Instituto de Física Racah, Universidad Hebrea de Jerusalem.
