Las bacterias intercambian información genética rápidamente, incluida la codificación de la resistencia a los antibióticos

Los microbios han desarrollado una forma rápida y efectiva de intercambiar información genética que codifica resistencia a los antibióticos, otras funciones.
Así como la era digital permite a las personas intercambiar información instantáneamente, las bacterias vinculadas a los humanos y su ganado también parecen intercambiar libre y rápidamente material genético relacionado con enfermedades humanas y resistencia a antibióticos a través de un mecanismo llamado transferencia genética horizontal (HGT).
El líder de investigación Eric Alm del Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental y Departamento de Ingeniería Biológica del MIT dice en un documento publicado en Nature en línea que él y su equipo encontraron evidencia de una enorme red de intercambio genético reciente que conecta bacterias de todo el mundo: 10,000 genes únicos que fluyen a través de HGT entre 2.235 genomas bacterianos.
Los científicos saben desde hace mucho tiempo acerca de HGT, un método antiguo para que las bacterias de diferentes linajes adquieran y compartan información genética útil que no heredaron de sus padres. Saben que, cuando un gen transferido se otorga con un rasgo deseable, por ejemplo, resistencia a antibióticos o patogenicidad, puede someterse a una selección positiva y transmitirse al descendiente de una bacteria. Esto puede ser perjudicial para los humanos, como se ve en la proliferación de cepas de bacterias resistentes a los antibióticos en los llamados "super bichos".
Hasta ahora, los científicos no sabían cuánto o qué tan rápido se intercambiaba esta información, sin embargo, los investigadores del MIT han logrado ilustrar la gran escala y la velocidad rápida con la que los genes pueden proliferar a través de linajes bacterianos.
Alm, el Profesor Asociado Karl Van Tassel explica:

"Estamos encontrando genes [completamente] idénticos en bacterias que son tan divergentes entre sí como lo es un ser humano con una levadura. Esto muestra que la transferencia es reciente, el gen no ha tenido tiempo de mutar".

Chris Smillie, estudiante graduado en biología de sistemas computacionales, uno de los principales autores del artículo dice:

"Nos sorprendió descubrir que el 60% de las transferencias entre las bacterias asociadas a humanos incluyen un gen para la resistencia a los antibióticos".

Estos genes de resistencia podrían estar asociados con el uso de antibióticos en la agricultura industrial porque los investigadores descubrieron 42 genes de resistencia a antibióticos que se compartieron entre las bacterias asociadas al ganado y al humano. Esto demuestra un vínculo crucial que conecta piscinas de resistencia a los medicamentos en poblaciones humanas y agrícolas.

Alm comenta:

"De alguna manera, a pesar de que mil millones de años de evolución del genoma separan una bacteria que vive de una vaca y una bacteria que viven de un ser humano, ambos acceden a la misma biblioteca genética. Es una poderosa evidencia circunstancial de que los genes se transfieren entre los animales y los humanos".

Los investigadores identificaron además 43 casos independientes de cruce de genes de resistencia a antibióticos entre naciones. Mark Smith, estudiante graduado de microbiología y también autor principal del estudio advierte:

"Este es un problema internacional real. Una vez que un rasgo ingresa en el conjunto de genes asociado a humanos, se propaga rápidamente sin tener en cuenta las fronteras nacionales".

Los EE. UU. Tienen una práctica generalizada de agregar antibióticos profilácticos a la alimentación animal para promover el crecimiento y prevenir la propagación de enfermedades en rebaños y rebaños densamente alojados. Esto está prohibido en muchos países europeos. La Administración Federal de Drogas afirma que más del 80% de los 33 millones de libras de antibióticos, incluidas las penicilinas y las tetraciclinas usadas comúnmente como medicinas humanas, se vendieron en los EE. UU. En 2009 para uso agrícola, y el 90% se administra subterapéuticamente a través de alimentos y agua.
Los investigadores descubrieron que HGT ocurre con mayor frecuencia entre las bacterias que ocupan el mismo sitio del cuerpo, comparten la misma tolerancia al oxígeno o tienen la misma patogenicidad. Esto lleva a la conclusión de que la ecología, o los lugares ambientales, son más importantes para determinar si un gen transferido se incorporará en el ADN de una bacteria y se transmitirá a sus descendientes de lo que determina el linaje o la proximidad geográfica.
Alm explica:

"Esto nos da un libro de reglas para entender las fuerzas que rigen el intercambio de genes".

Al aplicar estas reglas para descubrir los genes que están relacionados con la capacidad de causar meningitis y otras enfermedades, el equipo espera que los rasgos transferidos y los genes que codifican esos rasgos allanen el camino para objetivos especialmente prometedores para futuras terapias con medicamentos.
Continúan su trabajo y actualmente están comparando las tasas de cambio entre las bacterias que viven en sitios separados en la misma persona y entre las bacterias que viven en o en las personas que padecen la misma enfermedad. También están estudiando un sitio contaminado con el medio ambiente para establecer qué genes intercambiados podrían facilitar la limpieza microbiana mediante bacterias reductoras de metales.
Los coautores del artículo de Nature son el estudiante de posgrado Jonathan Friedman, el postdoc Otto Cordero y el ex estudiante graduado Lawrence David, ahora en la Universidad de Harvard.
La investigación es parte del Proyecto de Microbioma Humano de los Institutos Nacionales de la Salud y fue financiado por el Área de Enfoque Científico ENIGMA del Departamento de Energía y la Fundación Nacional de Ciencia.
Escrito por: Petra Rattue