Trayectorias evolutivas de las mutaciones que confieren resistencia a gentamicina en Escherichia Coli

Abstract

La resistencia a antibióticos es uno de los problemas de salud pública de mayor importancia a nivel mundial. Si bien la introducción de estos fármacos en la práctica clínica significó uno de los mayores hitos de la medicina moderna, el aislamiento de cepas bacterianas resistentes a todos los antibióticos disponibles hoy en día ha hecho que la efectividad de estas terapias disminuya de manera significativa, aumentando la morbilidad y mortalidad asociada a infecciones bacterianas, y los gastos en prestaciones de salud. En la actualidad se ha estimado que sólo en Europa se producen 25.000 muertes al año a causa de patógenos multirresistentes a antibióticos. Entre los antibióticos de relevancia clínica se encuentra la familia de los aminoglicósidos. Éstos son de especial importancia para el tratamiento de patologías infecciosas causadas por microorganismos gram negativos como Escherichia coli y Pseudomonas aeruginosa, sin embargo, el desarrollo de resistencia a estos compuestos ha disminuido su eficacia. Si bien el principal mecanismo de resistencia para los aminoglicósidos se basa en su modificación enzimática, se ha establecido también que es posible la generación de resistencia mediante mutaciones. Distintos estudios han evaluado el desarrollo de resistencia a aminoglicósidos, no obstante, la utilización de gentamicina como presión de selección no se ha estudiado con anterioridad. El presente trabajo tuvo por objetivo estudiar la evolución bacteriana hacia la resistencia a gentamicina, cuya utilización se restringe casi en su totalidad al uso intrahospitalario. Como modelo de estudio se utilizaron dos fenotipos bacterianos de E. coli; la cepa MG1655, con fenotipo normomutador y su derivada hipermutadora ¿dnaQ. El proceso evolutivo de ambas cepas se llevó a cabo en presencia de concentraciones crecientes del antibiótico como única presión de selección. Para esto, se utilizaron cultivos continuos del tipo quimiostato, que permitieron mantener constante la disponibilidad de nutrientes y el crecimiento bacteriano, así como también las condiciones óptimas para el ingreso del antibiótico a la célula.

A partir del ensayo de evolución se aislaron un total de sesenta cepas bacteriana resistentes a altas concentraciones de gentamicina (¿ 512 ¿g/ml). La caracterización en profundidad de ocho de ellas permitió establecer que todas estas cepas presentan mutaciones en los genes fusA y fhuA, y en los operones atp, cyo y potABCD. Estos resultados sugieren que, además de una alteración en la traducción mediada por mutaciones en el Factor de Elongación G, la resistencia a gentamicina se encuentra asociada a alteraciones en el metabolismo energético de la célula y la disminución del ingreso del antibiótico a la misma. Estas mutaciones comunes no generan resistencia a antibióticos pertenecientes a otras familias estructurales. Los resultados obtenidos permiten inferir que la resistencia a gentamicina en estas cepas se encuentra determinada por un conjunto de mutaciones, en lugar de obedecer a una única mutación. De esta manera, las mutaciones actuarían de manera colaborativa, incrementando la resistencia a estos antibióticos. También ha sido posible establecer que esta resistencia no se encuentra mediada por un aumento en la resistencia a estrés oxidativo, ya que todas las cepas seleccionadas presentan un aumento en la sensibilidad a agentes oxidantes.