Romper la armadura protectora de las bacterias para superar la resistencia a los antibióticos
Las infecciones pulmonares persistentes, las heridas crónicas y las infecciones asociadas a hospitalizaciones suelen ser mucho más difíciles de tratar que otros tipos de infecciones bacterianas. Esto se debe a que a menudo están causadas por biofilms, es decir, colonias de microorganismos —sobretodo bacterias— que crecen juntos en una matriz que ellos mismos producen y que les protege y aísla del ambiente externo.
Ahora, nuevo agente antibiótico de triple acción ha conseguido atravesar la matriz extracelular del biofilm —una estructura protectora construida por las bacterias— y eliminar más del 50 % de los patógenos de una sola vez, según revela un estudio publicado en la revista npj Biofilms and Microbiomes. El trabajo lo ha dirigido Eduard Torrents, profesor del Departamiento de Genética, Microbiologia y Estadística de la Facultad de Biología y jefe del grupo de Infecciones Bacterianas: Terapias Antimicrobianas, del Instituto de Bioingeniera de Cataluña (IBEC).
Las infecciones pulmonares persistentes, las heridas crónicas y las infecciones asociadas a hospitalizaciones suelen ser mucho más difíciles de tratar que otros tipos de infecciones bacterianas. Esto se debe a que a menudo están causadas por biofilms, es decir, colonias de microorganismos —sobretodo bacterias— que crecen juntos en una matriz que ellos mismos producen y que les protege y aísla del ambiente externo.
Ahora, nuevo agente antibiótico de triple acción ha conseguido atravesar la matriz extracelular del biofilm —una estructura protectora construida por las bacterias— y eliminar más del 50 % de los patógenos de una sola vez, según revela un estudio publicado en la revista npj Biofilms and Microbiomes. El trabajo lo ha dirigido Eduard Torrents, profesor del Departamiento de Genética, Microbiologia y Estadística de la Facultad de Biología y jefe del grupo de Infecciones Bacterianas: Terapias Antimicrobianas, del Instituto de Bioingeniera de Cataluña (IBEC).
Esta matriz extracelular agrava la resistencia a los antibióticos, una de las mayores amenazas para la salud mundial, según la Organización Mundial de la Salud (OMS), ya que matar las bacterias del interior de un biofilm es hasta mil veces más difícil. Las infecciones por biofilms son, por tanto, el mecanismo inespecífico más importante de resistencia a los antimicrobianos.
Atacar a estos microorganismos sólo con antibióticos no es suficiente. Se necesitan herramientas que rompan la matriz extracelular para acceder a las bacterias del interior y eliminarlas. Este estudio, que ha conseguido este hito, tiene como primera autora a Núria Blanco-Cabra, investigadora postdoctoral del grupo liderado por Eduard Torrents en la UB y el IBEC. El estudio se llevó a cabo en colaboración con científicos del CIDETEC (País Vasco).
Una combinación de fármacos de triple acción
El estudio se centró en la bacteria Pseudomonas aeruginosa, un patógeno que suele crecer en biofilms en los pulmones de pacientes con fibrosis quística o enfermedad pulmonar obstructiva crónica (EPOC), causando infecciones persistentes. «Hicimos cultivos de biofilms in vitro, utilizando una técnica que se asemeja mucho a la forma en que existen y crecen en la naturaleza», añadió Torrents. En la práctica clínica, estas infecciones suelen tratarse con un antibiótico llamado tobramicina. Sin embargo, su eficacia se ve limitada por su incapacidad para penetrar en el biofilm. Esto se debe a que la tobramicina, que está cargada positivamente, es neutralizada por la matriz extracelular (con carga negativa).
Los investigadores cargaron el antibiótico en portadores de nanopartículas con carga negativa. Esto pudo neutralizar la carga positiva antes de que el fármaco llegara al biofilm, lo que le permitió romper la matriz extracelular y matar las bacterias de su interior. Y lo que es más importante, estos portadores —fabricados con nanopartículas de cadena simple a base de dextrano— fueron capaces de transportar hasta el 40 % del peso del antibiótico. «Muchos de los nanotransportadores estudiados anteriormente sólo han podido soportar una pequeña carga del compuesto objetivo, lo que ha impedido su uso clínico. Nosotros hemos conseguido superar este obstáculo», afirma Torrents.
Los nanotransportadores cargados de antibióticos también estaban recubiertos de una enzima llamada DNasa I. Uno de los componentes que mantiene unidos los biofilms bacterianos es el ADN estructural que se encuentra en la matriz extracelular. La DNasa I es capaz de romper este «pegamento», la matriz se afloja y permite que el antibiótico penetre aún más en el biofilm.
«Combinando un antibiótico con un par de agentes que perforan el biofilm, hemos elaborado un fármaco mucho más potente que el antibiótico por sí solo que elimina hasta las bacterias que viven dentro del biofilm», explica Eduard Torrents, investigador principal de este trabajo.
Mediante imágenes de microscopía, el equipo comprobó que el nuevo agente no solo había disuelto el ADN estructural de la matriz extracelular, sino que también actuaba sobre las bacterias del interior y las eliminaba. Con una sola aplicación, redujeron la biomasa bacteriana a más de la mitad.
«Tras haber conseguido una eliminación tan significativa del biofilm con una sola dosis de nuestro agente, predijimos que un curso completo de antibióticos podría reducir considerablemente la carga de estas infecciones extremadamente difíciles de tratar».
Una nueva esperanza para las infecciones intratables
En un futuro uso clínico, este agente se podría administrar en múltiples dosis, como es la práctica habitual con los antibióticos. El siguiente paso es trabajar en la validación clínica de este sistema. Su comercialización supondría un avance decisivo en el tratamiento de las infecciones por biofilms, cuyo coste económico mundial asciende actualmente a 4.000 millones de dólares al año.
Artículo de referencia:
Blanco-Cabra, N.; Movellan, J.; Marradi, M.; Gracia, R.; Salvador, C.; Dupin, D.; Loinaz, I.; Torrents, E. «Neutralization of ionic interactions by dextran-based single-chain nanoparticles improves tobramycin diffusion into a mature biofilm». npj Biofilms and Microbiomes, julio de 2022. DOI: 10.1038/s41522-022-00317-9