Fuerza en los números: cómo las biopelículas superan a los antibióticos

Las bacterias son vitales para la supervivencia, pero cuando forman comunidades, pueden causar estragos graves y representar una amenaza para nuestra salud.
La cúpula protectora de una biopelícula protege a las bacterias de los antibióticos.

Cuando las bacterias se agrupan y forman una comunidad, esto se llama biofilm. Ubicadas en todo el planeta, desde las rocas del desierto hasta las superficies de los edificios, las biopelículas son una parte integral de la naturaleza.

Las biopelículas son bestias difíciles porque tienen una tendencia a volverse resistentes a todo tipo de esfuerzos empleados para erradicarlas. Esto significa malas noticias para cualquier persona con afecciones como fibrosis quística, periodontitis o heridas crónicas, ya que los implantes médicos y los catéteres son puntos clave para la formación de biopelículas.

Pero ¿por qué las biopelículas son tan persistentes y qué hacen los médicos y científicos para burlar a estas inteligentes comunidades microbianas?

¿Qué son biofilms?

"Las biopelículas son uno de los modos de vida más exitosos y distribuidos en la Tierra", dice el profesor Hans-Curt Flemming, director del Instituto de Biotecnología de Interfaces de la Universidad de Duisburg-Essen en Alemania, en un artículo de 2016 publicado en Nature Reviews Microbiología.

Las biopelículas pueden estar formadas por poblaciones de la misma bacteria o de comunidades, que a su vez están formadas por muchas especies diferentes, todas viviendo juntas bajo una cúpula protectora.

Esta cúpula está compuesta de una llamada matriz de sustancias poliméricas extracelulares (EPS), que contiene una mezcla de azúcares, proteínas, grasas y moléculas de ADN.

De forma similar a las comunidades humanas, las biopelículas tienen áreas altamente especializadas: algunas de ellas son responsables del reciclaje de nutrientes, mientras que otras producen nuevos componentes EPS o envían mensajes de un área de la biopelícula a otra.

Vivir juntos en una proximidad tan cercana permite a las bacterias compartir recursos con más éxito que cuando están en su estado de vida libre. Fundamentalmente, les permite evitar los métodos convencionales de erradicación.

Evadiendo la erradicación

El Prof. Flemming describe los biofilms como "fortalezas" que protegen a sus habitantes. Protegidos de la deshidratación y los antibióticos, las bacterias superan la tormenta de intervenciones que se les lanzan.

Curiosamente, los antibióticos pueden entrar en una biopelícula en muchos casos, pero la EPS protege activamente a sus habitantes de tales compuestos, promoviendo la resistencia a los antibióticos.

La residencia en biofilm también proporciona a las bacterias con genes resistentes a antibióticos la capacidad de compartirlas fácilmente entre sus vecinos utilizando un proceso llamado transferencia horizontal de genes. Aunque esto también ocurre en comunidades bacterianas de vida libre, es significativamente más eficiente en biofilms.

El resultado de esto es que la resistencia a los antibióticos se propaga como un incendio forestal. Entonces, cuando se enfrentan con infecciones de biofilm, ¿qué pueden hacer los médicos?

La batalla contra los biofilms

Las biopelículas son una amenaza grave para la salud, por lo que los médicos utilizan tratamientos agresivos en la lucha contra ellas. Dichos tratamientos incluyen la extirpación quirúrgica del área que está infectada con una biopelícula o el uso de aerosoles de agua a alta velocidad para alterar físicamente la biopelícula, a menudo en combinación con antibióticos.

Sin embargo, el Prof. Hyun Koo, director de investigación en el Levy Center for Oral Health de la Facultad de Medicina Dental de la Universidad de Pennsylvania en Filadelfia, explica en un artículo de revisión reciente que "matar [la bacteria] no necesariamente erradica la biopelícula "

Si la matriz de EPS permanece intacta, otros microbios oportunistas pueden esperar y tomar residencia.

Los investigadores esperan alterar las biopelículas mediante el uso de diferentes enfoques, que incluyen la formación de EPS o el uso de enzimas para degradar esta malla compleja, interrumpir la comunicación de célula a célula e inhibir las fuentes de nutrientes.

Tecnologías emergentes

Muchos creen que el camino al tratamiento radica en la prevención. Los avances en la tecnología han permitido a los investigadores desarrollar nuevos materiales diseñados activamente para evitar que las bacterias se unan y formen biofilms en primer lugar.

El objetivo final es evitar que las bacterias se adhieran a la superficie de los implantes y catéteres médicos, al recubrir las superficies con antibióticos o al incluir ciertas características de la superficie topográfica que son naturalmente hostiles a las bacterias.

Uno de estos se llama el micropatrón Sharklet y está inspirado en la piel de tiburón, que es naturalmente resistente a la colonización bacteriana. Hecho de arboledas dispuestas en un patrón de diamante microscópico, los investigadores han demostrado que las bacterias no se adhieren a este patrón, así como lo hacen para alisar superficies.

Si bien no existen tratamientos garantizados para eliminar las biopelículas, los investigadores se están familiarizando cada vez más con la compleja biología que sustenta estas comunidades microbianas. Mientras tanto, continúa la búsqueda de formas efectivas para erradicar esta amenaza para nuestra salud.

Diversas dietas enriquecen los microbios intestinales

En un artículo publicado en la revista Molecular Metabolism, los científicos describen cómo la salud se ve comprometida cuando reducimos la diversidad de nutrientes en nuestra dieta, debido al efecto que esto tiene en la riqueza de nuestra población de microbios intestinales. Las personas sanas tienen una amplia gama de especies en sus poblaciones de microbios intestinales.

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