Hablemos de bacterias

Cuando hablamos de bacterias nos referimos a un grupo de organismos microscópicos muy antiguo (ubicado entre los primeros organismos vivos que poblaron nuestro planeta hace más de 3500 millones de años). Las bacterias se caracterizan por ser organismos unicelulares procariotas, es decir, no tienen un núcleo definido ni un sistema de endomembranas como sí lo tiene una célula eucariota. Las bacterias constituyen un grupo enorme de organismos con cientos de miles de especies que habitan en todo tipo de ecosistema y se encuentran adaptadas a casi cualquier condición ambiental.

Hay bacterias, por ejemplo, que sobreviven a altas temperaturas como las bacterias «termófilas» que se reproducen a más de 46°C, otras pueden vivir asociadas a la salmuera en los salares de altura (se las llama «halófilas») y muchas otras viven en el suelo, sobre los organismos vivos, haciendo relaciones simbióticas con hongos, plantas y animales o incluso dentro de nuestro cuerpo. Muchas bacterias cumplen funciones fundamentales para los ecosistemas como intervenir en la degradación de la materia orgánica para que se liberen nutrientes esenciales que pueden ser utilizados por otros organismos, algunas bacterias son responsables de sostener el ciclo del nitrógeno, otras son fundamentales en el sistema digestivo de casi todos los animales favoreciendo la digestión y la absorción de nutrientes; o por ejemplo, muchas se usan en biotecnología para mejorar ambientes contaminados con metales, plásticos, o incluso petróleo. 

Algunos ejemplos de bacterias. De izquierda a derecha, tapete bacteriano termófilo en aguas termales, diferentes formas de bacterias (cocoides, bacilos, espiroquetas) e imagen de microscopio de un consorcio de bacterias del tracto digestivo de un humano. / Imagen: Old Faithful - Bodym; Oleksandr Khoma

Sin embargo, en el enorme consorcio de bacterias que existen, muchas especies son consideradas patógenas, es decir, que pueden producir enfermedades en los organismos que infectan. Entre las enfermedades más conocidas producidas por bacterias podemos nombrar el cólera, la salmonella, la tuberculosis, las amigdalitis bacterianas, infecciones urinarias, o algunas enfermedades de transmisión sexual como la sífilis o la gonorrea, entre tantas otras. Para combatirlas y evitar que estas enfermedades sean mortales, desde el descubrimiento de la penicilina por Alexander Fleming allá por 1928, se dio inició al uso de lo que hoy conocemos como «antibióticos». Estas sustancias son medicamentos que combaten las infecciones bacterianas en personas y animales y funcionan eliminando las bacterias o dificultando su crecimiento y multiplicación. 

Cuando los antibióticos no son suficientes

La resistencia a los antimicrobianos (RAM) es un fenómeno en el que los microorganismos, como bacterias, virus, hongos y parásitos, desarrollan la capacidad de resistir a los medicamentos diseñados para eliminarlos o inhibir su crecimiento. Específicamente para el caso de las bacterias, el uso y mal uso global de antibióticos ha llevado a la evolución y propagación de la resistencia bacteriana a todos los antibióticos de uso rutinario. Esto significa que los tratamientos que antes eran efectivos ahora no logran eliminar las infecciones causadas por algunas cepas de bacterias.
El problema global de la RAM se agravó en los últimos años debido a factores como el uso inadecuado de antibióticos, regulaciones insuficientes en lo que respecta a la disposición de los residuos patológicos, la venta libre de medicamentos y el uso de antibióticos clínicos como promotores del crecimiento en el ganado. En este sentido, los mecanismos de resistencia microbiana son diversos, incluyendo la exclusión extracelular, modificaciones o inactivaciones intracelulares del antibiótico, cambios en el sitio activo, mutaciones que le confieren resistencia o intercambio de genes entre cepas resistentes y no resistentes a partir de material genético contenido en «plásmidos» (pequeñas piezas de ADN que pueden compartirse entre bacterias de diferentes especies). En términos generales, la RAM implica que las bacterias se pueden adaptar a estas sustancias para que no les produzcan ningún efecto negativo. La resistencia microbiana puede ser adquirida en aquellos casos en que los antibióticos son mal utilizados, por ejemplo, cortando o prolongando el tiempo de ingesta, utilizando antibióticos de amplio espectro para infecciones que requieren tratamientos específicos, tomar antibióticos para atacar infecciones que son causadas por virus, o debido a que estas bacterias resistentes o los mismos antibióticos son transportados al ambiente natural como veremos más adelante en este artículo.

Esquema de una bacteria tipo donde se indican los diferentes mecanismos de resistencia microbiana que hacen que un antibiótico no sea efectivo. / Imagen: Diego Frau

Sea cual sea el mecanismo de exposición, lo que se produce en última instancia es una selección de individuos o variedades de especies (llamadas cepas) que son más resistentes. Estas cepas más resistentes comienzan a multiplicarse y en poco tiempo se dispersan por lo que se necesita crear nuevos antibióticos para poder controlarlas.

Uno de los casos de resistencia microbiana más conocidos es el de la súper gonorrea. La gonorrea es una enfermedad causada por una bacteria denominada Neisseria gonorrhoeae y que se propaga por la actividad sexual. Para su tratamiento se utilizan antibióticos específicos. Todas las infecciones producidas por gonorrea son curables, pero hace unos 30 años llamó la atención de la comunidad sanitaria una cepa de N. gonorrhoeae que era resistente a la combinación de antibióticos comúnmente utilizados. Incluso tomar dosis adicionales de los antibióticos que generalmente curaban la gonorrea no afectaban a esta súper bacteria. Si bien la incidencia de esta súper gonorrea es aún baja, aún se está trabajando en nuevos tratamientos para combatirla. Como dato, según el Centro Europeo para la Prevención y Control de Enfermedades y la Agencia Europea de Medicamentos, cada año mueren aproximadamente 25000 personas en Europa por infecciones bacterianas que han adquirido resistencia. En Estados Unidos, 12000 muertes al año se producen por infecciones intrahospitalarias, siendo aproximadamente el 70% de los casos causados por cepas resistentes.

Algunos ejemplos de bacterias patógenas que producen enfermedades en humanos. De arriba hacia abajo enterobacteria infectando glóbulos rojos, Meniningitis causada por Steptococcus pneumoniae y Mycobacterium tuberculosis causante de la tuberculosis infectando tejido óseo. / Imagen: Scharvik - Md Ariful Islam

Según la Organización Mundial de la Salud (OMS), la RAM es una de las diez principales amenazas globales para la salud pública y es un problema complejo que requiere un enfoque multisectorial, debido a que no tiene una única causa y no impacta sobre una única especie o ámbito. Al respecto, una forma novedosa e integrada de abordar esta problemática es el enfoque «Una sola salud» (One Health en inglés). En este enfoque, se reconoce que la salud de los seres humanos, los animales, las plantas y el medio ambiente en general están estrechamente vinculados y son interdependientes. Con este abordaje se busca establecer lazos de comunicación y colaborar en la elaboración y puesta en marcha de programas, políticas, legislaciones e investigaciones que permitan abordar la resistencia microbiana de forma integrada.

Al respecto, en un estudio recientemente publicado liderado por Mohsen Naghavi se analizaron datos de mortalidad y registros hospitalarios de 204 países entre los años 1990 y 2021. Los investigadores descubrieron que las personas provenientes de países con ingresos bajos y medios tienen un alto riesgo y se prevé que para el año 2050 más de 39 millones de personas podrían morir a causa de infecciones resistentes a los antibióticos siendo particularmente vulnerables las personas mayores a 70 años. Esto representa una tendencia de incremento superior al 70% de los casos registrados en la actualidad. Según este estudio, un mayor acceso a antibióticos apropiados y un mejor tratamiento de las infecciones podrían salvar muchas de estas vidas.

Los ecosistemas acuáticos como reservorios de resistencia microbiana

Los ecosistemas acuáticos son importantes reservorios y medios de diseminación de bacterias resistentes y genes que codifican mecanismos de resistencia. Esto sucede porque en muchas ciudades los residuos domésticos, industriales y hospitalarios fluyen directamente a los sistemas acuáticos vinculados, al igual que la escorrentía de los campos agrícolas que contienen estiércol de ganado o los lixiviados procedentes de la limpieza de comederos a los que se les adiciona, además del alimento, antibióticos. Las bacterias en estos ambientes pueden intercambiar genes de resistencia entre sí a través de diversos mecanismos como son la transferencia lateral de genes, el intercambio de plásmidos (pequeñas moléculas de ADN codificante) entre dos o más organismos o incluso adquisición de moléculas de ADN que están libres en el ambiente. Estos nuevos genes en última instancia, como ya hemos visto, les confieren características nuevas que favorecen su supervivencia.

Las investigaciones sobre la aparición y tipos de resistencia a los antibióticos en ambientes de agua dulce son más limitadas en comparación con los entornos clínicos donde se analizan comúnmente organismos indicadores como enterococos y coliformes, los cuales son patógenos bacterianos que causan infecciones difíciles de tratar en humanos. Esta escasez de estudios sobre antibióticos en agua dulce podría estar relacionada con la suposición de que las concentraciones de estos compuestos en tales entornos son naturalmente bajas. No obstante, incluso con bajas concentraciones de antibióticos, la selección de cepas resistentes es posible.

Ejemplos de cepas de Escherichia coli vistas al microscopio y en vivo. / Imagen: María Josefina González - Md Ariful Islam

La mayoría de los estudios sobre la presencia y el destino de bacterias resistentes a antibióticos y genes de resistencia a antibióticos en cuerpos de agua dulce como son arroyos, lagos y ríos, se enfocan en las áreas de descarga de plantas de tratamiento de aguas residuales. Las concentraciones de genes de resistencia tienden a ser elevadas en los puntos de descarga de efluentes de estas plantas de tratamiento hacia los arroyos, pero disminuyen gradualmente aguas abajo. Esta reducción puede deberse a diversos factores como la dilución en el volumen de agua al que ingresan, la degradación por interacción con elementos del medio o la luz, la «adsorción» a otras sustancias (esto es, las bacterias se pegan a otros elementos) y el transporte por organismos o el mismo medio acuático aguas abajo.

Así mismo los sedimentos de fondo pueden actuar como reservorios a largo plazo (para bacterias resistentes y sus genes de resistencia), incluso en ausencia de antibióticos en el agua. Todo esto puede representar un riesgo para la salud pública ya que el agua de estos reservorios suele ser utilizada con diferentes fines recreativos (pesca, natación, deportes acuáticos) o productivos (riego de cultivos o producción de agua potable) que exponen a las poblaciones humanas a estas bacterias resistentes.

Abordando el problema de resistencia microbiana en sistemas acuáticos de Sudamérica

En este marco con un equipo de investigadores formado por biólogos, bioquímicos y saneadores ambientales del Instituto Nacional de Limnología (INALI, CONICET-UNL), el Instituto en Bacteriología y Virología Molecular (IBAVIM) y la Universidad Nacional de Buenos Aires (UBA) (todos ellos localizados en Argentina) es que decidimos hace más de tres años abordar esta problemática de la resistencia microbiana en muestras de agua superficial, sedimento y biota de ríos y lagunas pertenecientes a la cuenca del río Paraná Medio (Santa Fe, Argentina). Estos ecosistemas están ubicados muy cerca de conglomerados urbanos como son las ciudades de Santa Fe, Santo Tomé y Rincón por lo que son intensamente utilizados por la población local para uso recreativo, como receptores de desagües pluviales, cloacales y desechos industriales o como áreas de producción agrícola-ganadera.

El foco del estudio de nuestras investigaciones está puesto en la bacteria Escherichia coli. Esta bacteria es un candidato idóneo para la vigilancia global de la resistencia a los antimicrobianos en entornos acuáticos debido a su relevancia clínica y su amplio uso como indicador de contaminación fecal. Nuestros resultados son los primeros obtenidos sobre resistencia microbiana en toda la región y constituyen el puntapié inicial para abordar esta problemática en la región Centro de Argentina donde se concentran más de 8 millones de habitantes. A partir de nuestros estudios hemos logrado identificar a la fecha 435 cepas de E. coli en muestras de agua superficial de todos los sitios estudiados. De este total, el 40% mostró resistencia a al menos un antibiótico, registrándose los mayores porcentajes para ampicilina, tetraciclina y trimetoprima-sulfametoxazol, principalmente durante las estaciones de invierno y primavera.

Ejemplo de un ensayo de sensibilidad a antibióticos con muestras tomadas del ambiente. Placa izquierda: colonias de Escherichia coli (azules) y de termotolerantes (rojas) en placa con medio CHROMAgar. Placas central y derecha: sensibilidad a antibióticos por ensayos cualitativos en donde se coloca un antibiótico de forma selectiva y se evalúa el efecto que tiene sobre la cepa que está sembrada en la placa de Petri. / Imagen: María Josefina González

En sedimentos, de las 247 cepas obtenidas, el 30% registró resistencia principalmente en sedimentos arcillosos, con resistencia a ampicilina, tetraciclina y trimetoprima-sulfametoxazol (igual que en las cepas recuperadas de agua) y mayor resistencia durante el invierno.
Al igual que lo reportado para otras regiones del mundo, en nuestros estudios hemos encontrado que, entre los sitios muestreados, aquellos con mayor influencia antrópica, como la descarga de residuos domésticos, industriales y agrícolas, presentaron mayor cantidad de cepas resistentes. Por el contrario, aquellos sitios destinados a uso recreativo (ej: balnearios) tuvieron menores porcentajes de cepas resistentes.

Nuestros resultados resaltan la utilidad que tiene la vigilancia de la resistencia microbiana en ecosistemas acuáticos al facilitar por ejemplo detectar aquellos sitios en los que sea necesario intervenir debido a la elevada carga de cepas resistentes, identificar los antibióticos que más resistencia están generando y compararlos con los datos de prescripción hospitalaria; así como también plantear estrategias de gestión que prioricen la protección de la población y el buen estado ecológico de los ecosistemas acuáticos. Así mismo, la problemática de la RAM nos muestra la importancia de tomar acciones coordinadas a nivel global, para así mitigar este problema creciente, incluyendo un uso más responsable de los antimicrobianos, una mejor gestión de los residuos, y la mejora de los sistemas de vigilancia y control de la resistencia en los ecosistemas acuáticos y otros entornos naturales.

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Más información en:

1. Bottery MJ, Pitchford JW, Friman VP (2021). Ecología y evolución de la resistencia a los antimicrobianos en comunidades bacterianas, The ISME Journal, 15, 939-948.
2. Comisión Una Sola Salud (2021). Disponible en: https://www.onehealthcommission.org/en/why_one_health/what_is_one_health/
3. Hocquet D, Muller A, Bertrand X (2016). What happens in hospitals does not stay in hospitals: antibiotic-resistant bacteria in hospital wastewater systems. Journal of Hospital Infection 3, 395-402.
4. Informe de la Organización mundial de la Salud sobre Resistencia a los antimicrobianos (2023). Disponible en https://www.who.int/news-room/fact-sheets/detail/antimicrobial-resistance
5. Kümmerer K (2016). Presence, fate and risks of pharmaceuticals in the environment. En: Green and sustainable medicinal chemistry: methods, tools and strategies for the 21st century pharmaceutical industry (pp. 63-72). The Royal Society of Chemistry, Inglaterra.
6. Marti E, Variatza E, Balcazar JL (2014) BalcazarThe role of aquatic ecosystems as reservoirs of antibiotic resistance. Trends in Microbiology 22, 36-41.
7. Naghavi M, Vollset SE, Ikuta KS, et al. (2024). Global burden of bacterial antimicrobial resistance 1990–2021: a systematic analysis with forecasts to 2050. The Lancet, DOI: 10.1016/S0140-6736(24)01867-1
8. Nnadozie CF, Odume ON (2019). Freshwater environments as reservoirs of antibiotic-resistant bacteria and their role in the dissemination of antibiotic resistance genes. Environmental Pollution 254, 113067.
9. Wales AD, Davies RH (2015). Co-selection of resistance to antibiotics, biocides and heavy metals, and its relevance to foodborne pathogens. Antibiotics 4, 567-604.
10. Walsh TR, Weeks J, Livermore DM, Toleman M (2011). Dissemination of NDM-1 positive bacteria in the New Delhi environment and its implications for human health: an environmental point prevalence study. The Lancet Infectious Diseases 11, 355-362.
11. Williams‐Nguyen J, Sallach J ., Bartelt‐Hunt S, Boxall AB, Durso LM, McLain JE, Singer RS, Snow DD, Zilles JL (2016). Antibiotics and antibiotic resistance in agroecosystems: state of the science. Journal of Environmental Quality 45, 394-406.