La resistencia a los antimicrobianos –cuando bacterias y hongos se defienden de los fármacos diseñados para eliminarlos– es una amenaza urgente para la salud pública mundial, según los Centros para el Control y la Prevención de Enfermedades.
Para combatir esta amenaza, el laboratorio Gerdt de la Universidad de Indiana Bloomington estudia cómo debilitar las defensas de las bacterias contra los virus.
«Las bacterias también se enferman», afirmó J.P. Gerdt, profesor asistente de química en la Facultad de Artes y Ciencias de la Universidad de Indiana Bloomington. «Nuestro laboratorio intenta comprender cómo funcionan sus sistemas inmunitarios para poder descubrir cómo inhibirlos».
Los bacteriófagos, los virus que atacan y matan a las bacterias, pueden ser una alternativa útil a los antibióticos. Los antibióticos matan no solo a los patógenos, sino también a las bacterias beneficiosas, pero los bacteriófagos se pueden utilizar de forma más específica para matar solo una cepa problemática de bacterias, dejando intactos los microbios beneficiosos.
Los bacteriófagos también son útiles en la agricultura porque proporcionan un enfoque más específico para matar bacterias. Mientras que muchos antibióticos tienden a matar no solo las bacterias que causan infecciones y enfermedades, sino también las bacterias beneficiosas, los bacteriófagos se pueden utilizar para matar solo una cepa de bacterias.
Sin embargo, al igual que las bacterias han desarrollado resistencia a los antibióticos, también pueden volverse inmunes a los bacteriófagos.
Aquí es donde entra en juego el trabajo del laboratorio Gerdt. Zhiyu Zang, ex miembro del laboratorio y actualmente candidato a doctorado en el Instituto Federal Suizo de Tecnología de Lausana, descubrió una molécula química que, combinada con el bacteriófago, ayuda al virus a superar el sistema inmunitario de la bacteria.
Este hallazgo se reveló en el artículo de Zang y Gerdt «Inhibición química de un sistema inmunitario bacteriano», publicado recientemente en Cell Host and Microbe.
Si bien es probable que los antibióticos sigan siendo la primera línea de defensa para las infecciones bacterianas humanas, el descubrimiento del laboratorio Gerdt podría aplicarse a infecciones difíciles de tratar en humanos. También podría aplicarse en lugares como la agricultura, donde el uso excesivo de antibióticos puede empeorar la propagación de la resistencia a los antibióticos.
Una aguja en un pajar
Al igual que existen millones de cepas de bacterias, existen potencialmente tantas moléculas químicas que podrían utilizarse para inhibir los sistemas inmunitarios bacterianos. Gerdt espera que en 10 o 15 años, su laboratorio cree una biblioteca de inhibidores para diferentes bacterias.
La estrategia de Gerdt y Zang con este estudio fue comenzar la investigación con una bacteria que fuera relativamente fácil y segura para que los estudiantes universitarios la estudiaran. Estudiantes como Olivia Duncan, que era estudiante de pregrado cuando trabajó en el laboratorio de Gerdt, ayudaron a Zang y Gerdt a encontrar moléculas que inhibieran químicamente el sistema inmunitario de esa bacteria.
«Nuestro estudio es importante no solo porque encontramos el primer ejemplo de una molécula pequeña que puede inhibir el sistema inmunitario de una bacteria», dijo Zang. «También es importante porque el sistema inmunitario que estamos estudiando en este artículo está presente en alrededor de 2.000 especies diferentes de bacterias».
Este hallazgo les permite desarrollar reglas y herramientas generales para un enfoque dirigido a bacterias patógenas con sistemas inmunitarios similares, como Pseudomonas aeruginosa o Staphylococcus aureus, ambas a menudo resistentes a los antibióticos y causantes de muchas infecciones hospitalarias mortales.
Duncan, segundo autor del artículo y actualmente estudiante de doctorado en la Universidad de Cornell, trabajó con Zang para identificar una molécula química que ayudó al virus a evadir el sistema inmunitario de la bacteria.
«Nuestro objetivo es tener una colección de inhibidores que funcionen para diferentes sistemas inmunitarios», dijo Gerdt. «Esperamos que este artículo sea un catalizador para que otros laboratorios trabajen con nosotros como comunidad. Eso es lo que hace que este artículo sea tan emocionante: estamos comenzando algo nuevo y viendo a dónde nos lleva».
