Qué es la respuesta SOS, la estrategia de la Escherichia coli para sobrevivir a los antibióticos

“La resistencia a los antimicrobianos pone en entredicho la eficacia de las medidas de prevención y tratamiento relativas a una gama cada vez más amplia de infecciones causadas por bacterias, parásitos, virus y hongos”, asegura la Organización Mundial de la Salud (OMS). Y es que este comportamiento “dificulta el tratamiento de infecciones y aumenta el riesgo de propagación de enfermedades, cuadros graves y muerte”, asegura el máximo ente sanitario internacional.

En este contexto, comprender cómo las bacterias desarrollan mecanismos para contrarrestar a los antibióticos es crucial. Ahora, un reciente estudio del Departamento de Medicina Clínica y Molecular de Universidad Noruega de Ciencia y Tecnología (NTNU) advirtió la estrategia que presenta la bacteria Escherichia coli ante estos fármacos.

Según señalaron, la bacteria activa una respuesta de emergencia conocida como SOS al detectar daños en su ADN, causados por el antibiótico, en este caso, ciprofloxacina. Este mecanismo de defensa altera la actividad celular de la bacteria, suspendiendo funciones vitales y priorizando la reparación, según la investigación publicada en Frontiers in Microbiology.

“El tratamiento con antibióticos daña las bacterias. Este daño puede ser de muchas cosas diferentes, pero a menudo implica daños al material genético, al ADN, y activa una respuesta SOS en la bacteria”, afirmó Olaug Elisabeth Torheim Bergum, candidato a doctorado de NTNU, en un comunicado de prensa. Y agregó: “Las bacterias entran en modo de emergencia total”.

Para conocer este comportamiento, los científicos se centraron en analizar cómo reacciona la “bacteria patógena Escherichia coli cuando se expone a pequeñas cantidades no mortales del antibiótico ciprofloxacina”, uno de los antibióticos más utilizados en el mundo, el cual “actúa atacando el ADN de las células bacterianas”.

“(La ciprofloxacina) se une a una proteína que ayuda a mantener la estructura adecuada del ADN, cortando y empalmando las hebras de ADN. Esto es necesario porque copiar y leer el ADN genera estrés en la molécula de ADN”, explica Bergum. Cuando las bacterias reciben este daño, “activan una respuesta SOS”. “En lugar de crecer, trabajan para reparar el daño y cambian para poder tolerar mejor los antibióticos. A medida que esto sucede, cambian de forma, volviéndose delgadas y alargadas”, afirmaron en el comunicado de prensa.

En ese sentido, detallaron: “La proteína mantiene en orden la cadena de ADN mientras la célula bacteriana sigue funcionando. Cuando la bacteria está a punto de dividirse, garantiza que la replicación del ADN se produzca de forma segura y ordenada. Sin embargo, cuando el antibiótico se une a la proteína, esta función se impide y las cosas se vuelven bastante caóticas”, es por este motivo que muchas actividades comunes del patógeno quedan en suspenso.

“Esto se refleja en el cambio de forma de las bacterias”, indicaron en el documento. Siendo que Bergum detalló que “se produce daño al ADN, incluida la formación de hebras individuales de ADN incompleto dentro de la célula”. Cuando esto ocurre, “es como encender una cerilla debajo de un detector de humo”, ya que otras proteínas detectan los fragmentos de ADN dañados y comienza esta estrategia SOS.

“Todos manos a la obra. Muchas actividades comunes de la bacteria, como la replicación, quedan en suspenso. Esto se refleja en el cambio de forma de las bacterias. Por lo general, las bacterias E. coli tienen forma de bastón, pero cuando se exponen a la ciprofloxacina, se convierten en filamentos largos. Las bacterias priorizan reparar el daño”, dijo el experto.

Si las bacterias no pueden reparar este daño, entonces ingresan en un último recurso: alterar el ADN. “Aquí es cuando mutan. Esta respuesta ayuda a las bacterias a adaptarse y volverse resistentes a los antibióticos”, afirma Bergum. Este comportamiento fue identificado cuando las cantidades de antibióticos no eran tan elevadas como generar un daño “demasiado grande”.

De acuerdo a lo expresado en el documento, cuando se realiza un tratamiento médico, las dosis de antibióticos que se administran producen daños “demasiado grandes” para que las bacterias puedan repararlo. Es por eso que los expertos del Departamento de Medicina Clínica y Molecular de NTNU buscaron develar “qué sucede cuando las bacterias realmente ganan la lucha contra el antibiótico a través de su respuesta SOS”.

“Saber exactamente cómo se producen los procesos de reparación y mutación es importante para contrarrestar la resistencia a los antimicrobianos”, resaltaron en un comunicado. Es por eso que Bergum, junto a sus colegas, se centraron en “estudiar cómo se activan los ‘genes SOS’ y cómo las bacterias utilizan proteínas y pequeñas moléculas para reparar el daño causado por el antibiótico”.

“Cuando suena la alarma, se activan 60 genes diferentes dentro de la célula. Anteriormente, se pensaba que se activaban en diferentes momentos, lo que significa que se activaban primero los que eran utilizados para producir las proteínas necesarias en la fase inicial del trabajo de reparación y luego el siguiente conjunto de genes”, dijo Bergum. Aunque, los científicos lograron determinar que todos los genes se activan al mismo tiempo.

En palabras del investigador, “la regulación no se produce a nivel genético, sino a nivel proteico, y esto es un conocimiento nuevo”. Y agregó: “Este estudio es el primero que analiza los tres niveles de la respuesta SOS al mismo tiempo. También hemos realizado mediciones frecuentes, desde un minuto después de que las bacterias se exponen a los antibióticos hasta dos horas más tarde. Esto proporciona una buena comprensión de la línea de tiempo”.

Pese a que se piense que, para evitar este comportamiento, se deben garantizar dosis suficientemente grandes de antibióticos, Bergum advierte que “no es tan sencillo”. “Al tratar una infección, no todas las bacterias estarán expuestas al antibiótico en la misma medida. Esto podría deberse a una absorción diferente entre los diferentes tejidos y a que algunas bacterias son naturalmente más resistentes. Por lo tanto, algunas pueden desarrollar resistencia”, indicó.

Sin embargo, gracias a este nuevo conocimiento, los investigadores aseguran que se podrán desarrollar sustancias que ataquen estos mecanismos. “Hay muchos antibióticos en el agua y en las aguas residuales, aunque en dosis bajas. Por eso es importante reducir su uso”, afirmó Bergum.

Y continuó: “El mundo necesita nuevos antibióticos y más conocimiento sobre los mecanismos de resistencia. Al aprender más sobre cómo funciona la respuesta SOS, se pueden desarrollar sustancias que ataquen estos mecanismos. Estas sustancias, llamadas inhibidores, pueden luego administrarse junto con antibióticos como la ciprofloxacina para prevenir el desarrollo de resistencias”. Vale destacar que el “estudio formó parte del proyecto TAMIR (apuntando a la resistencia a los antimicrobianos mediante la inhibición de las respuestas al estrés bacteriano), dirigido por la profesora Marit Otterlei de la NTNU”.