Resistencia Antimicrobiana

¿Las bacterias mutan al azar o con un propósito? Los investigadores llevan más de un siglo dándole vueltas a este enigma [1].

En 1943, el microbiólogo Salvador Luria y el físico que se convirtió en biólogo, Max Delbrück, inventaron un experimento para argumentar que las bacterias mutaban sin un objetivo [2]. Utilizando su prueba, otros científicos demostraron que las bacterias podían adquirir resistencia a antibióticos con los que no se habían topado antes.

El experimento de Luria y Delbrück [3] ha tenido un efecto importante en la ciencia. Sus hallazgos ayudaron a Luria y Delbruck a ganar el Premio Nobel de Fisiología o Medicina en 1969 [4], y hoy en día los estudiantes aprenden este experimento en las aulas de biología [5]. Llevo más de 20 años estudiando este experimento en mi trabajo como bioestadístico [6].

Décadas después, este experimento ofrece lecciones que siguen siendo relevantes hoy en día, porque sugiere que las bacterias pueden desarrollar resistencia a antibióticos que aún no se han desarrollado.

Máquinas tragamonedas y un momento de inspiración
Imagine un tubo de ensayo que contiene bacterias viviendo en un caldo nutritivo. El caldo está turbio debido a la alta concentración de bacterias que contiene. La adición al tubo de un virus que infecta a las bacterias (también conocido como fago [7]), mata a la mayoría de las bacterias y hace que el caldo se vuelva más claro.

Los bacteriófagos son virus que infectan específicamente a las bacterias. Kristina Dukart/iStock via Getty Images Plus

Sin embargo, si se mantiene el tubo de ensayo en condiciones favorables para el crecimiento de las bacterias, el caldo se volverá a hacer turbio con el tiempo. Esto indica que las bacterias desarrollaron resistencia contra los fagos y pudieron proliferar.

¿Qué papel desempeñaron los fagos en este cambio?
Algunos científicos creen que los fagos incitaron a las bacterias a mutar para sobrevivir. Otros han sugerido que las bacterias mutan de forma rutinaria al azar, y que el desarrollo de variantes resistentes a los fagos fue simplemente un resultado afortunado [8]. Luria y Delbrück habían estado trabajando juntos durante meses para resolver este enigma, pero ninguno de sus experimentos había tenido éxito.

La noche del 16 de enero de 1943, a Luria se le ocurrió una idea para descifrar el misterio mientras veía a un colega ganar el premio mayor en una máquina tragamonedas. A la mañana siguiente, regresó apresuradamente a su laboratorio.

El experimento de Luria consistía en unos cuantos tubos y placas. Cada tubo contenía caldo nutritivo que ayudaría a la bacteria E. coli a multiplicarse, mientras que cada placa contenía material recubierto con fagos. Colocó unas cuantas bacterias en cada tubo y les dio dos oportunidades para generar variantes resistentes a los fagos. Podrían mutar en los tubos en ausencia de fagos, o podrían mutar en las placas en presencia de fagos.

Este diagrama del experimento de Luria y Delbrück muestra colonias de variantes de E. coli resistentes a los fagos (en rojo) que se desarrollan en placas de Petri. Qi Zheng, CC BY-SA

Al día siguiente, Luria transfirió las bacterias de cada tubo a una placa llena de fagos. Al otro día, contó el número de colonias bacterianas resistentes que había en cada placa.

Si las bacterias desarrollan resistencia contra los fagos al interactuar con ellos, ninguna de las bacterias de los tubos debería presentar mutaciones. Por otro lado, solo algunas de las bacterias —digamos, 1 de cada 10 millones de bacterias— deberían generar variantes resistentes cuando se transfieren a una placa que contiene fagos. Cada variante resistente a los fagos se convertiría en una colonia, pero el resto de las bacterias morirían a causa de la infección.

Si las bacterias desarrollan resistencia, independientemente de la interacción con los fagos, algunas de las bacterias de los tubos presentarán mutaciones. Esto se debe a que cada vez que una bacteria se divide en un tubo, tiene una pequeña probabilidad de engendrar una variante resistente. Si la generación inicial de bacterias es la primera en mutar, al menos la mitad de las bacterias serán resistentes en generaciones posteriores. Si una bacteria de la segunda generación es la primera en mutar, al menos una octava parte de las bacterias serán resistentes en generaciones posteriores.

Las mutaciones que confieren resistencia contra los fagos (en rojo) al principio generarán un gran número de variantes resistentes a los fagos, mientras que las mutaciones que se producen más tarde generarán solo unas pocas variantes resistentes. Qi Zheng, CC BY-SA

Al igual que los premios menores de las máquinas tragamonedas, las mutaciones de generaciones tardías son más frecuentes, pero generan menos variantes resistentes. Al igual que ocurre con los premios mayores, las mutaciones de primera generación son poco frecuentes, pero dan lugar a un gran número de variantes. Las mutaciones de primera generación son raras porque al principio solo hay un pequeño número de bacterias disponibles para mutar.

Por ejemplo, en un experimento de 20 generaciones, una mutación que se produjera en la 10ª generación de bacterias daría 1.024 variantes resistentes a los fagos. Una mutación que se produjera en la 17ª generación solo daría cuatro variantes resistentes a los fagos.

El número de colonias resistentes en los experimentos de Luria mostró un patrón similar al de los premios de las máquinas tragamonedas. La mayoría de las placas no contenían colonias mutantes o contenían un número reducido de ellas, pero varias contenían un gran número de colonias mutantes que Luria consideraba premios mayores. Esto significaba que las bacterias desarrollaban variantes resistentes antes de interactuar con los fagos en las placas.

El legado de un experimento
Luria envió una nota a Delbrück tras finalizar su experimento, pidiéndole que revisara su trabajo. Los dos científicos trabajaron juntos para escribir un artículo clásico [9] en el que describían el protocolo del experimento y un marco teórico para medir los índices de mutación bacteriana.

Otros científicos realizaron experimentos similares sustituyendo los fagos por penicilina [10] y por fármacos antituberculosos [11]. Asimismo, descubrieron que las bacterias no necesitaban encontrarse con un antibiótico para adquirir resistencia a él.

Durante millones de años, las bacterias han recurrido a mutaciones aleatorias para hacer frente a entornos hostiles y en constante cambio [12]. Sus incesantes mutaciones aleatorias las llevarán inevitablemente a desarrollar variantes resistentes a los antibióticos del futuro.

La farmacorresistencia es una realidad de la vida que tendremos que aceptar y contra la que tendremos que seguir luchando.