Mientras el mundo lucha contra el virus SARS-CoV-2 que causa la pandemia COVID-19, otro grupo de patógenos peligrosos se cierne en segundo plano. La amenaza de las bacterias resistentes a los antibióticos ha aumentado durante años y parece estar empeorando. Si COVID-19 nos enseñó una cosa, es que los gobiernos deben estar preparados para más crisis de salud pública globales, y eso incluye encontrar nuevas formas de combatir las bacterias rebeldes que se están volviendo resistentes a los medicamentos de uso común.
En contraste con la pandemia actual, los virus pueden ser los héroes de la próxima epidemia en lugar de los villanos. Los científicos han demostrado que los virus podrían ser excelentes armas contra las bacterias resistentes a los antibióticos.
Kevin Doxen, quien comenta en esta nota, es un experto en biotecnología y políticas centrado en comprender cómo la información genética y biológica personal puede mejorar la salud humana. Cada persona interactúa íntimamente con una variedad única de virus y bacterias, y al descifrar estas complejas relaciones podemos tratar mejor las enfermedades infecciosas causadas por bacterias resistentes a los antibióticos.
Reemplazo de antibióticos con fagos.
Desde el descubrimiento de la penicilina en 1928, los antibióticos han cambiado la medicina moderna. Estas pequeñas moléculas combaten las infecciones bacterianas al matar o inhibir el crecimiento de bacterias. La mitad del siglo XX se denominó la Edad de Oro de los antibióticos, una época en la que los científicos estaban descubriendo docenas de moléculas nuevas para muchas enfermedades.
Este alto pronto fue seguido por un mínimo devastador. Los investigadores vieron que muchas bacterias estaban desarrollando resistencia a los antibióticos. Las bacterias de nuestro cuerpo estaban aprendiendo a evadir la medicina evolucionando y mutando hasta el punto de que los antibióticos ya no funcionaban.
Como alternativa a los antibióticos, algunos investigadores están recurriendo a un enemigo natural de las bacterias: los bacteriófagos. Los bacteriófagos son virus que infectan a las bacterias. Superan en número a las bacterias 10 a 1 y se consideran los organismos más abundantes del planeta.
Los bacteriófagos, también conocidos como fagos, sobreviven infectando bacterias, replicando y saliendo de su anfitrión, lo que destruye la bacteria.
Aprovechar el poder de los fagos para combatir las bacterias no es una idea nueva. De hecho, el primer uso registrado de la llamada terapia con fagos fue hace más de un siglo. En 1919, el microbiólogo francés Félix d'Hérelle utilizó un cóctel de fagos para tratar a los niños que padecían disentería grave.
Las acciones de D'Hérelle no fueron un accidente. De hecho, se le atribuye el co-descubrimiento de fagos y fue pionero en la idea de utilizar los enemigos naturales de las bacterias en la medicina. Continuaría deteniendo los brotes de cólera en la India y la peste en Egipto.
La terapia con fagos no es un tratamiento estándar que pueda encontrar hoy en su hospital local. Pero el entusiasmo por los fagos ha aumentado en los últimos años. En particular, los científicos están utilizando nuevos conocimientos sobre la compleja relación entre fagos y bacterias para mejorar la terapia con fagos. Al diseñar fagos para atacar y destruir mejor las bacterias, los científicos esperan superar la resistencia a los antibióticos.
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| Los bacteriófagos, también conocidos como fagos, sobreviven infectando bacterias, replicando y saliendo de su anfitrión, lo que destruye la bacteria. |
Fagos de ingeniería
Incluso si no eres biólogo, es posible que hayas oído hablar de un tipo de sistema inmunológico bacteriano: CRISPR, que significa repeticiones palindrómicas cortas agrupadas regularmente interespaciadas. Este sistema inmunológico ayuda a las bacterias a almacenar información genética de infecciones virales. Las bacterias luego usan esa información para combatir futuros invasores, de la misma manera que nuestro propio sistema inmunológico puede reconocer un patógeno en particular para combatir infecciones.
Las proteínas CRISPR en bacterias localizan y cortan secuencias específicas de ADN o ARN que se encuentran en los virus. Tal corte preciso también hace que las proteínas CRISPR sean herramientas eficientes para editar los genomas de varios organismos. Es por eso que el desarrollo de la tecnología de edición del genoma CRISPR ganó el premio Nobel de Química en 2020.
Ahora los científicos esperan utilizar el conocimiento sobre los sistemas CRISPR para diseñar fagos que destruyan bacterias peligrosas.
Cuando el fago diseñado localiza bacterias específicas, el fago inyecta proteínas CRISPR dentro de las bacterias, cortando y destruyendo el ADN de los microbios. Los científicos han encontrado una forma de convertir la defensa en ofensiva. Las proteínas que normalmente participan en la protección contra los virus se reutilizan para atacar y destruir el propio ADN de la bacteria. Los científicos pueden apuntar específicamente al ADN que hace que las bacterias sean resistentes a los antibióticos, lo que hace que este tipo de terapia con fagos sea extremadamente eficaz.
La bacteria Clostridioides difficile es una cepa de bacteria resistente a los antibióticos que mata a 29.000 personas en los EE. UU cada año. En una demostración de esta técnica basada en CRISPR, los investigadores diseñaron fagos para inyectar una molécula que dirige las propias proteínas CRISPR de la bacteria para masticar el ADN de la bacteria como una trituradora de papel.
CRISPR no es el único sistema inmunológico bacteriano. Los científicos están descubriendo más utilizando experimentos de microbiología creativos y herramientas computacionales avanzadas. Ya han encontrado decenas de miles de nuevos microbios y decenas de nuevos sistemas inmunológicos. Los científicos esperan encontrar más herramientas que puedan ayudarlos a diseñar fagos para apuntar a una gama más amplia de bacterias.
Más allá de la ciencia
La ciencia es solo la mitad de la solución cuando se trata de combatir estos microbios. La comercialización y la regulación son importantes para garantizar que esta tecnología esté en el conjunto de herramientas de la sociedad para defenderse de una propagación mundial de bacterias resistentes a los antibióticos.
Varias empresas están diseñando fagos o identificando fagos naturales para destruir bacterias dañinas específicas. Empresas como Felix Biotechnology y Cytophage están produciendo fagos especializados en matar bacterias para reemplazar a los antibióticos en la salud humana y la agricultura. BiomX tiene como objetivo tratar infecciones comunes en enfermedades crónicas como la fibrosis quística y la enfermedad inflamatoria intestinal utilizando cócteles de fagos tanto naturales como artificiales. Pensando globalmente, la empresa PhagePro está utilizando fagos para tratar el cólera. Estas bacterias mortales afectan a las personas principalmente en África y Asia.
Junto con la comercialización de la terapia con fagos, las políticas que faciliten las pruebas seguras y la regulación de la tecnología son fundamentales. Para evitar replicar la pobre respuesta al COVID-19 de Estados Unidos, creo que el mundo debe invertir, diseñar y luego probar terapias con fagos. La planificación proactiva nos ayudará a combatir cualquier bacteria resistente a los antibióticos que pueda propagarse.
Kevin Doxzen, becario postdoctoral Hoffmann, Universidad Estatal de Arizona
Este artículo se ha vuelto a publicar de The Conversation con una licencia de Creative Commons.