Microbios en la niebla

DESCUBRIENDO EL PAPEL

DE LOS MICROBIOS EN LA BIOSFERA

R. GUERRERO y M. BERLANGA

Hasta alcanzar el conocimiento actual sobre la historia de la Tierra y de la vida, muchas hipótesis han intentado explicar lo que tal vez sucedió en los orígenes. Durante mucho tiempo los humanos creyeron que nuestro planeta era el centro del universo y que desde el principio había ido preparándose para albergar la vida en su seno. Una vida cuya máxima representación iba a ser nuestra especie; una preparación cuya máxima gestación no pasaba de seis días. Y aunque ahora sabemos que nuestro planeta es un punto azul minúsculo perdido en un espacio inmenso, mantenemos la idea de que fueron las características especiales (constitución química, posición en el espacio) de la Tierra las que permitieron que la vida se originase aquí y no en otros lugares.

Una trémula luciérnaga viajera

Nuestro Sol empezó su existencia hace unos 5.000 millones de años. Desde entonces, gira alrededor de la Vía Láctea en una órbita casi circular y tarda en hacerlo unos 226 millones de años. El Sol tiene pequeños cuerpos no luminosos que giran a su alrededor; son los planetas. En el que ocupa la tercera posición a partir del centro, la Tierra, se distingue claramente de sus vecinos: tiene una atmósfera alejada del equilibrio y produce luz propia debido a los grandes incendios de bosques, o la luminosidad de las ciudades. Cada año da una vuelta a su estrella. Pero un año no es mucho para la vida de una persona. Ni 226 millones de años, para la de la Tierra. La biosfera es muy antigua; la Tierra «viva» tiene aproximadamente 3.800 millones de años, «sólo» 750 millones de años menos que el propio planeta. El origen de la vida, o biopoyesis, pudo haberse producido en nuestro planeta, quizás varias veces, poco después de que hubiera agua líquida. Si la biopoyesis se produjo en Venus y Marte en algún momento de su historia «geológica», tal vez no continuó en ninguno de ellos. Lo que hizo posible el mantenimiento de la vida en la Tierra fue el desarrollo de los ecosistemas, o ecopoyesis, que evitó el agotamiento de los elementos biogénicos de la superficie del planeta, cosa que habría ocurrido en un tiempo máximo de 200 o 300 millones de años y que habría provocado la extinción primigenia de la vida. Desde entonces, el establecimiento de las cadenas tróficas, en el que los productos del metabolismo de unos organismos sirven de nutrientes para otros, permite el reciclado de la materia. La actividad de estos ecosistemas determinó la evolución posterior del planeta, que hasta hace aproximadamente 1.800 millones de años tuvo como únicos habitantes los procariotas (Guerrero, 1998). La vida es una fuerza geológica y actúa sobre el planeta de manera que las condiciones ambientales necesarias para el mantenimiento de la misma vida sean «estables» (adecuación de la temperatura, de la composición química de los suelos y de las proporciones de gases presentes en la atmósfera). Eugene Odum (1913-2002) apoyó la idea de la biosfera como un sistema homeostático formado por componentes vivos. La vida puede ser una ineludible consecuencia de la evolución planetaria, una continuación del desarrollo físico del Universo (Guerrero et al., 2002). Sabemos que hay vida en la Tierra «algunos dicen que hasta inteligente»; sabemos que no hay vida en la Luna; el siglo XXI nos dirá si hay vida, o la hubo, en nuestros vecinos más cercanos del sistema solar, como Marte, Venus, Europa (luna de Júpiter) o Titán (luna de Saturno).

Contribución de los microorganismos a la biología

The Microbe's Contribution to Biology (Harvard University Press, 1956) es el título del libro de Albert Jan Kluyver (1886-1956) y Cornelis Bernardus van Niel (1897-1985) basado en las conferencias «John M. Prather» que estos microbiólogos impartieron en la Universidad de Harvard el mes de abril de 1954. Kluyver es el padre de la bioquímica comparativa, propuso la idea de la unidad bioquímica de la vida y promulgó la utilización de los microorganismos para elucidar las vías metabólicas y las transformaciones energéticas de la materia; en su aplicación supuso que toda la vida estaba conectada por el reciclado de la materia y todos los organismos estaban conectados a través de la red de los ecosistemas.

La continuidad y unidad de la vida que conocemos se pone de manifiesto en la uniformidad de los sistemas genéticos y de la composición molecular que la integran («Lo que es cierto para Escherichia coli lo es también para el elefante», según Jacques Monod [1910-1976]). La vida es químicamente conservadora. La biología molecular muestra de forma convincente que toda la vida actual sobre la Tierra comparte un antecesor común. La vida que conocemos siempre está compuesta de la combinación de compuestos químicos (carbono, hidrógeno, oxígeno, azufre, fósforo y migajas de otros) en una solución acuosa. Las primeras células de nuestro linaje fueron sistemas proteicos limitados por membranas, basados en el ARN y ADN y dotados de autopoyesis (automantenimiento) (Maturana y Varela, 1980). Intercambiaban constantemente sus materiales constituyentes con el medio externo. Daban salida a los residuos a medida que adquirían alimento y energía. Nuestros genes provienen, a través de una secuencia ininterrumpida, de las mismas moléculas que estaban presentes en las células primitivas que se formaron en las orillas de las primeras masas de aguas cálidas y poco profundas.

Existe un lazo íntimo entre la evolución y los organismos. La evolución conecta la vida a través del tiempo y, como en todo proceso evolutivo, los organismos y sistemas posteriores no pueden prescindir de los organismos y sistemas que los precedieron. Las primeras formas de vida eran células procariotas y durante el 85% de historia de la vida sobre la Tierra fueron sus únicos habitantes. Los procariotas (bacterias y arqueas) inventaron todas las estrategias metabólicas que conocemos (Leigh, 2002). Un «error» metabólico, la producción de oxígeno, originó la vida aeróbica; otro estratégico, la endosimbiosis, originó la célula eucariota (con núcleo diferenciado). Ambos «errores» han permitido que la vida adopte formas y dimensiones muy variadas, desde los microorganismos y plantas microscópicas hasta las secuoyas, los grandes dinosaurios, las ballenas o los seres humanos. Las plantas y animales emergieron de un mundo microbiano y mantienen un estrecho vínculo de dependencia con los microorganismos (Guerrero y Berlanga, 2003).

Los seres 'invisibles'

La vida no sólo comenzó con los microorganismos procariotas, sino que la continuidad de la existencia de la vida sobre la Tierra recae inconspicuamente sobre ellos. La ubicuidad de los microorganismos se basa en cinco características principales: (1) su tamaño pequeño, que les permite una gran capacidad de dispersión; (2) su variabilidad que les permite ocupar nichos ecológicos muy diversos; (3) su flexibilidad metabólica, que les permite tolerar y adaptarse rápidamente a condiciones ambientales desfavorables; (4) su plasticidad genética (o gran capacidad de transferencia horizontal de genes), que les permite recombinar y recolectar los caracteres favorables; y (5) su capacidad de anabiosis o «letargo» (con formas no activas), que les permite persistir durante largo tiempo adaptándose a condiciones ambientales cambiantes.

Aunque todos sabemos que las bacterias son pequeñas, la importancia de este «simple» hecho no es siempre apreciado. Dado que el principal papel ecológico de estos organismos es el reciclado de elementos, probablemente no es un accidente que las bacterias sean y hayan permanecido pequeñas durante toda la historia evolutiva de la vida en la Tierra. La velocidad y sentido de las reacciones químicas están profundamente determinadas por la relación entre la superficie y el volumen (S/V) de los reactantes (las células), por lo que las células frecuentemente intentan maximizar esta variable.

Las bacterias, cuyos tamaños celulares oscilan entre 0,5 a pocos micrómetros de diámetro, tienen valores de S/V 100-1.000 veces mayor que la mayoría de las células eucariotas, entre 20 y 100 μm de diámetro. El tamaño de las bacterias básicamente está regido por limitaciones en la difusión de los sustratos (límite superior de tamaño) y por el volumen (acumulado) que ocupan las diferentes moléculas y/o estructuras (límite inferior de tamaño) (Nealson, 1997; Schulz y Jørgensen, 2001). Según esto, las periódicas reclamaciones del «descubrimiento» de procariotas de diámetro inferior a 80-100 nm son difíciles de creer (Tabla 1). El último caso que conocemos (primero a través de los media, que dieron de la noticia una amplia difusión) es el del artículo: «Evidence of nanobacterial-like structures in calcified human arteries and cardiac valves», de Miller et al., 2004). Según los autores (catorce, la mayoría médicos del departamento de cirugía de la Clínica Mayo de Rochester, Minnesota), habían descubierto procariotas de 30 nm de diámetro, responsables de la formación de partículas calcificadas en arterias. Ese tamaño, 30 nm es aproximadamente el que tiene un solo ribosoma eucariótico, 80S (el procariótico, 70S, tiene unos 20 nm).

Según el modelo actual de la «célula mínima» que admitimos (unos pocos centenares de genes, maquinaria sintetizadora de proteínas completa), esas dimensiones mínimas no serían posibles, por mucho que nos empeñemos en añadir el prefijo «nano-» delante de la palabra bacteria. (Nota: incluimos la cita del artículo de Miller et al. [2004] no sólo para que el lector/a pueda juzgar por sí mismo/a, sino para contribuir a aumentar el IF [«impact factor», del Institute for Science Information, Philadelphia, Pennsylvania] del artículo en cuestión, con lo cual llegará a ser muy citado dentro de su año de publicación.)

En la naturaleza, la carencia de nutrientes y la exposición a otros factores abióticos adversos constituyen la norma, más que la excepción. Las condiciones de abundancia y hambruna («feast and famine») y la competencia con el resto de la microbiota en un hábitat resultan habituales. Toda célula consume todo lo que tiene alrededor. El destino de una célula, de una bacteria, de cualquier vida, es reproducirse, ocupar un espacio y agotar el ambiente donde se encuentra. La búsqueda de alimento y el movimiento celular es una propiedad emergente de las primeras etapas de la vida donde, independientemente de lo suculento de la «sopa», la presencia de comensales conducía necesariamente a la oligotrofia y a la hambruna.

En los medios acuáticos está ampliamente extendida la alternancia entre microorganismos en estado planctónico, o movible, y células en estado béntico, o sésil. Los microorganismos sésiles forman biopelículas («biofilms»). Una biopelícula es una asociación compleja de microorganismos, constituida por una o varias especies, unidos a una superficie y embebidos en una matriz de polímeros extracelulares de origen microbiano (Stoodley et al., 2002). Las biopelículas carecen generalmente de productores primarios y dependen de fuentes exógenas para el aporte de materia orgánica. La adhesión de los microorganismos desencadena la expresión de compuestos que favorecen la activación de un gran número de genes. Fenotípicamente, estas células sésiles son distintas de cuando eran o se hacen planctónicas. La formación de la biopelícula es un fenómeno de percepción de quórum («quorum-sensing») (Henke y Bassler, 2004; Parkinson, 2004). Generalmente, cada célula secreta pequeñas cantidades de una «molécula de comunicación» (p.ej. N-acil-homoserina lactona). Cuando se agrega un número suficiente de células (es decir, cuando se ha alcanzado un determinado nivel de densidad poblacional), la concentración de esta sustancia en el medio aumenta, con lo que se activan diferentes genes de cada célula de la población. Los tapetes microbianos son unas biopelículas complejas y multilaminares que constituyen auténticos ecosistemas gracias a la presencia de representantes de tres grupos funcionales: productores primarios (es decir, fotoautótrofos), consumidores y descomponedores. Los tapetes microbianos pueden considerarse ecosistemas en el sentido de que presentan un ciclo de materia casi cerrado, al menos en sentido vertical (eje Z), y una expansión superficial no limitada (ejes X, Y) (Guerrero et al., 2002).

Las bacterias en el interior de la biopelícula, o de los tapetes microbianos, forman una comunidad funcional coordinada. De hecho, las biopelículas se asemejarían a los tejidos formados por células eucariotas en su cooperatividad, y en que están «protegidas» de las variaciones bruscas de las condiciones ambientales mediante el mantenimiento de una «homeostasis primitiva» dentro de la matriz de exopolímeros (Paerl et al., 2000; Des Marais, 2003). Estos polímeros retienen la humedad y los nutrientes, y permiten la formación de microambientes dentro de la matriz, que distribuyen los organismos en función de las condiciones abióticas óptimas o permisivas imperantes. Es importante considerar el valor de esta estrategia en la Tierra primitiva. En los primeros ecosistemas acuáticos las bacterias eran atraídas hacia los nutrientes que se concentraban de forma natural sobre las superficies. El agrupamiento, en ausencia de depredación, hacía que las bacterias estuvieran protegidas de la deshidratación, radiación ultravioleta, dispersión por el movimiento del agua, etc. La selección positiva de las biopelículas en los ecosistemas actuales se pone de manifiesto por el predominio de este modo de crecimiento de células «inmovilizadas» en una matriz de exopolisacárido en todos aquellos ecosistemas que lo permiten. G. Evelyn Hutchinson (1903-1991) observó que los actores (microorganismos) pueden cambiar de un teatro (hábitat) a otro, pero la representación en el escenario (procesos fisiológicos) será igual para la misma obra (un ambiente determinado, unas relaciones específicas). Un ejemplo de esta observación puede comprobarse en la gran variedad de tapetes microbianos estudiados (entre otros, Navarrete et al., 2000; Abed y García-Pichel, 2001; Che et al., 2001; Wieland et al., 2003; Villanueva et al., 2004).

Haciendo 'visibles' los microorganismos

En el descubrimiento de los microorganismos se pueden destacar tres etapas: la etapa microscópica, la etapa patogénica y la etapa ecológica. En la primera, se sabía que los microorganismos existían, que tenían una forma definida en el espacio y que permanecían con el tiempo, pero se consideraban simples «curiosidades» para el intelecto humano. Nos resultaba imposible pensar que aquellas minúsculas criaturas tuvieran alguna función. En la segunda etapa, con los padres de la microbiología, Louis Pasteur (1822-1895) y Robert Koch (1843-1910), se tiene la certeza que los microorganismos son los causantes de las enfermedades infecciosas y los agentes contaminantes de los alimentos y las aguas. En la tercera, con la ecología microbiana, que empieza con las investigaciones pioneras de Martinus Beijerinck (1851-1931), Sergei Winogradsky (1856-1952), los microorganismos y sus actividades cierran el reciclado de la materia en los ecosistemas y por tanto controlan la evolución de la biosfera.

La ecología microbiana se desarrolla como disciplina independiente sólo durante la segunda mitad del siglo XX. El primer libro de texto con el nombre de ecología microbiana (Principles of Microbial Ecology) fue publicado en 1966 por Thomas D. Brock (nacido en Cleveland, Ohio, en 1926). Esta ciencia ha demostrado que los principios ecológicos generales son aplicables a los microorganismos y que estos principios pueden integrarse en los actuales paradigmas ecológicos (Pedrós-Alió y Guerrero, 1994). El estudio de la biodiversidad de un determinado ecosistema (un bosque, un lago, un mar) estaría incompleto sin la inclusión de los microorganismos, ya que ellos contribuyen de manera esencial al funcionamiento global del planeta y al desarrollo sostenible de la biosfera (Schaechter et al., 2004).

Es tarea de la ecología microbiana investigar el papel de los microorganismos en la naturaleza. En el pasado, la ecología microbiana estaba fragmentada en muchas disciplinas distintas, tales como la microbiología del suelo, la microbiología de los alimentos, la microbiología marina, etc. Sin embargo, ahora se intenta integrar todos estos campos en una visión unificada y unificadora. Un ejemplo es la nueva visión de cómo actúan los microorganismos que causan las enfermedades infecciosas; de hecho, se piensa que es un problema ecológico del microbio y su ambiente, del huésped en el caso de la enfermedad (Lederberg, 2003; Hall-Stoodley et al., 2004).

El campo de la ecología microbiana ha experimentado cambios revolucionarios en estos últimos años debido al impacto de las nuevas tecnologías de la biología celular y molecular. Los microorganismos constituyen el principal componente de biodiversidad, pero se requiere unas herramientas (avances tecnológicos e intelectuales) apropiadas para cuantificar esta diversidad, tanto en «modelos» como en las comunidades naturales. La evaluación de la diversidad (microorganismos presentes), de la distribución (heterogeneidad espacial y temporal de las comunidades en su ambiente), y de la actividad (funciones de los microorganismos) han estado limitadas durante muchos años al estudio de la microbiota que puede ser cultivada en el laboratorio (cultivos axénicos). Las técnicas de enriquecimiento y aislamiento de microorganismos establecen unas condiciones ambientales artificiales que sólo permiten el desarrollo de unos pocos microorganismos, los más aptos para este ambiente fabricado. Sin embargo, estas «condiciones» son resultado de la habilidad, persistencia y suerte del investigador (Guerrero et al., 1999). No debe sorprendernos, pues, que la vasta inmensidad del mundo microbiano permanezca incultivable (Stahl y Tiedje, 2002). De las especies actualmente conocidas se estima que se han descrito el 85 al 90% de las de plantas y animales vertebrados, menos del 5% de las de hongos y menos del 1% de las «especies» de procariotas (Schaechter et al., 2004).

La información genética proporciona la vía de acceso a aquellas criaturas que son difíciles de cultivar en el laboratorio. La «secuenciación del mundo microbiano» permitirá descubrir qué microorganismos tienen determinados genes necesarios para un particular ambiente y cómo estos genes les permiten adaptarse a otros hábitats menos usuales. Además, aportará las bases para predecir qué características podría tener un nuevo microorganismo basándonos en las actividades (genes) de sus vecinos. No obstante, la genómica por sí sola no puede representar un cuadro acabado de la realidad biológica. Una de las limitaciones de la aplicación de las técnicas moleculares de muestras ambientales es que los resultados obtenidos por el momento suelen ser cualitativos y no cuantitativos. Aunque obviamente sí que es útil saber qué hay en una muestra, en microbiología es también importante conocer la abundancia relativa de los diferentes organismos. Otro reto de la biología molecular es poder convertir estas «piezas inanimadas de información» (genes) en conocimiento de la actividad celular. La integración de los estudios tradicionales de fisiología y genética con las técnicas modernas de la genómica ofrece la oportunidad de avanzar en el estudio de la evolución microbiana y entender cómo actúan los microorganismos y cómo controlan la biosfera. La única manera de comprender un genoma es mirar dónde vive este genoma, conocer su hábitat natural y comprender el complejo entramado de interacciones bióticas y abióticas. El ambiente es el contexto en el que evoluciona y funciona un material genético, y el que, en el fondo, determina la supervivencia y complejidad del genoma (Stahl y Tiedje, 2002).

Otro aspecto de la ecología microbiana que está en sus inicios es el estudio de las asociaciones microbianas con plantas y animales, o entre microorganismos. Es importante determinar la naturaleza fisicoquímica e interdependencia funcional entre los diferentes organismos implicados en una simbiosis. Sin estas relaciones simbióticas con microorganismos, ninguna planta o animal podría sobrevivir en el ambiente natural. Estamos acostumbrados a seguir el proceso de cambio de alimentación en un bebé, desde que nace hasta que tiene año o año y medio. Pero ¿qué es el progresivo cambio de alimentación? ¿Leche sola, leche y papillas, papillas solas, alimentos sólidos desmenuzados? Sino la lenta incorporación de distintas poblaciones microbianas y el establecimiento de una microbiota intestinal cada vez más parecida a la del adulto.

Los microorganismos, componentes imprescindibles de la biosfera

Dos enzimas esenciales para la vida, la rubisco y la nitrogenasa, son exclusivamente procarióticas y cumplen una función primordial en los ciclos biogeoquímicos. La rubisco (ribulosa bisfosfato carboxilasa oxilasa), es la enzima responsable de captar el CO₂ de la atmosfera o del agua y juntarlo a una pentosa, para fabricar nuevo alimento. La encontramos en las bacterias fotosintéticas oxigénicas, en las fotosintéticas anoxigénicas rojas del azufre, en muchos quimiolitotrofos y en unos corpúsculos de la célula eucariótica: los cloroplastos de algas y plantas. Los cloroplastos tienen ADN, ARN y ribosomas propios. Su ADN presenta una homología del 95% con algunos grupos de cianobacterias. Los cloroplastos son cianobacterias que han establecido una endosimbiosis permanente. Sin lugar a dudas, la rubisco es una enzima procariótica que ha pasado a la célula eucariota por endosimbiosis permanente.

Pero la nitrogenasa no ha pasado nunca al mundo eucariótico, ni siquiera por endosimbiosis. La nitrogenasa utiliza el nitrógeno atmosférico para la formación de aminoácidos. Esta enzima sólo funciona en condiciones anóxicas, y es exclusiva de bacterias y arqueas. Los procariotas fijadores de nitrógeno pueden ser de vida libre o formar simbiosis, por ejemplo con plantas leguminosas, o con el aliso (Alnus), o con Coriaria, etc. Otra contribución imprescindible de los procariotas en el ciclo del nitrógeno recientemente observada es la oxidación anaeróbica del amonio (proceso denominado «anamox»). La anamox implica la oxidación de amoníaco con nitrito como aceptor de electrones, obteniendo nitrógeno gaseoso. Brocadia anammoxidans es el organismo que cataliza la anamox mejor conocida (Jetten et al., 2002; Guerrero y Berlanga, 2003).

Los microorganismos son los responsables del reciclado de los elementos esenciales para la vida, carbono, nitrógeno, azufre, hidrógeno y oxígeno, etc. Mediante el reciclado de estos elementos en el suelo, los microorganismos regulan la disponibilidad de nutrientes para las plantas, gobiernan la fertilidad del suelo y el desarrollo de las plantas que sustentan la vida animal, incluida la humana. Los microorganismos son capaces de utilizar nutrientes y otros elementos que otros organismos «superiores» no pueden explotar. Por tanto, suelen constituir la base de la cadena alimentaria en la que las sustancias inertes pasan a la biosfera. Los microorganismos desempeñan un papel fundamental en el reciclado de los gases atmosféricos, como los responsables del efecto «invernadero», que, paradójicamente, por un lado sustentan la vida en nuestro planeta pero, por otro, debido al aumento global de la temperatura ponen en peligro la propia vida (eucariótica).

Los microorganismos son los principales, si no los únicos, responsables de la degradación de una gran variedad de compuestos orgánicos, como la celulosa, hemicelulosa, lignina y quitina (los compuestos orgánicos más abundantes en la Tierra). Si no fuera por la degradación microbiana, toda esta materia orgánica se acumularía en los bosques y sedimentos. Además, los microorganismos son responsables de la degradación de compuestos químicos tóxicos derivados de la actividad antropogénica, tales como los policlorinados bifenilos (PCB), dioxinas, pesticidas, etc.

Las plantas, los humanos y otros animales somos completamente dependientes de la vida microbiana. Más del 90% de las células en nuestro cuerpo son microorganismos; bacterias y hongos cubren nuestra piel, tapizan nuestra boca y mucosas, proliferan en nuestro intestino. Aquí, facilitan una correcta digestión de los alimentos, sintetizan nutrientes esenciales, y estimulan nuestro sistema inmunitario. Su presencia influye en nuestra salud. Los humanos vivimos en un estado dinámico de coexistencia con una miríada de formas microbianas. El cuerpo humano constituye el hábitat exclusivo para muchas comunidades microbianas que interaccionan mutualísticamente con «nosotros», ya que podríamos decir que «nosotros somos nosotros y nuestras circunstancias microbianas». La mayoría de los microorganismos del cuerpo son beneficiosos (nos mantienen sanos), mientras que otros nos provocan efectos adversos (microorganismos patógenos). ¿Es esta relación negativa la que ha marcado nuestro «odio» durante décadas a las bacterias? ¿Por qué en la publicidad de los media, especialmente de la televisión, no aparecen las palabras «microbio» o «bacteria» excepto en el contexto de cuando hay que eliminarlas con el desinfectante tal o son un peligro que hay que evitar con el medicamento tal?

Coda

Todos los seres vivos de la Tierra dependen de la vida procariótica. Los procariotas están presentes en todos los lugares en los que puede existir vida, ocupando un amplio abanico de condiciones ambientales, desde aquellos ambientes en que se dan las condiciones «ideales» para el crecimiento (ideales, obviamente desde el punto de vista de los «macroorganismos»), hasta los ambientes extremos (impensables para las formas «más evolucionadas», es decir, más recientes). Sin el conocimiento de los microorganismos la biología sería mucho más limitada, no sabríamos que hay vida en condiciones de temperatura, salinidad o pH extremas (para nosotros), la fotosíntesis solamente sería aeróbica y oxigénica (cuando fue «inventada» por los procariotas como anaeróbica y anoxigénica) y los seres vivos más longevos (como las secuoyas) no superarían los mil años de edad (que son unas «jovencitas» si las comparamos con los matusalenes de las endoesporas de las baciláceas).

La Tierra es una gran roca en el espacio, pero una roca viva, con múltiples formas cambiantes. Dentro de 5.000 millones de años, nuestro Sol «como le ocurrió a su antecesora, la estrella que nos dio origen» se convertirá en una gigante roja, se expandirá y quemará todos los planetas que tiene alrededor. Ni tan siquiera las bacterias, que desde el origen de la vida han poblado nuestro planeta y han sido capaces de resistir a unas 30 extinciones masivas, podrán escapar a la hecatombe. ¿O tal vez sí? Algunos científicos sospechan que las endoesporas, u otras formas de resistencia de las bacterias, pueden escapar de la Tierra. Polizones en fragmentos de roca disparadas hacia el exterior por el impacto de violentos asteroides, hace tiempo que viajan por el espacio buscando nuevos planetas donde anidar.

REVISTA ECOSISTEMAS

Vol 14, Nº 2 – Mayo/Agosto 2005.

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Cianobacterias en las oscuras profundidades de río Tinto

 

Las cianobacterias son conocidas por realizar la fotosíntesis usando la luz solar, pero investigadores del Centro de Astrobiología han descubierto que también sobreviven a más de 600 metros de profundidad en el subsuelo de río Tinto (Huelva). Este estilo de vida subterráneo, que podría remontarse a sus antepasados no fotosintéticos, ofrece pistas sobre la presencia de organismos similares en entornos actuales o primitivos de otros planetas, como Marte.

Agencia SINC

5 octubre 2018

Las cianobacterias, antiguamente llamadas algas verdiazuladas, son microorganismos fotosintéticos muy versátiles que habitan en la mayoría de los ambientes de la Tierra, desde los mares hasta los desiertos. Eso sí, hasta ahora su amplio rango ecológico se consideraba restringido a ambientes donde llegara la luz del sol, aunque fuera de forma ocasional.

Sin embargo, investigadores del Centro de Astrobiología (CAB, CSIC-INTA) han detectado por primera vez la presencia de cianobacterias en muestras de roca profunda recogidas a más de 600 metros bajo la superficie de la Faja Pirítica Ibérica, una zona en la que nace el rojizo río Tinto (Huelva) y considerada un análogo terrestre de Marte.

El estudio, publicado en la revista PNAS, presenta evidencias moleculares, microscópicas y metagenómicas (secuencias del genoma de distintos microorganismos) sobre el predominio de estas cianobacterias en el subsuelo de río Tinto.

Las muestras se obtuvieron con dos perforaciones del proyecto IPBSL (Iberian Pyrite Belt Subsurface Life, vida subterránea en la Faja Pirítica Ibérica), realizado entre 2010 y 2015 con el objetivo de caracterizar la geomicrobiología de los ecosistemas profundos de esta zona.

Durante las perforaciones, se extrajeron testigos cilíndrico de material, que posteriormente fueron analizados con el sistema SOLID-LDChip, un biochip detector de signos de vida que se desarrolla actualmente en el CAB para la exploración planetaria.

Desde un primer momento los investigadores detectaron indicios inmunológicos de la presencia de cianobacterias. El resultado inicial fue confirmado luego mediante otras técnicas, como la secuenciación del gen ARN-ribosomal 16S extraído de las rocas analizadas y la visualización de las cianobacterias mediante microscopia con sondas fluorescentes.

Posteriormente, la secuenciación de dos metagenomas (conjunto de genes de una muestra ambiental) a diferentes profundidades, 420 y 607 metros, ha permitido a los investigadores confirmar definitivamente la presencia de estos microorganismos.

Hidrógeno como fuente de energía

El análisis de la gran cantidad de genes de cianobacterias encontrados ha permitido descubrir su potencial para utilizar hidrógeno como fuente de energía. Estas cianobacterias parecen aprovechar una 'válvula de seguridad' natural, que en la superficie sirve para protegerlas del exceso de luz. En ese entorno el mecanismo desvía la energía sobrante hacia el exterior de la célula, transfiriendo electrones a sustancias como metales oxidados o materia orgánica.

Pero paradójicamente, en las profundidades, los investigadores creen que este mismo sistema se activa en condiciones de oscuridad y anoxia (sin oxígeno) presentes en el subsuelo, permitiéndoles a las cianobacterias obtener energía independientemente de la luz, un estilo de vida subterráneo que podría remontarse a sus antepasados no fotosintéticos.

Los resultados del trabajo sugieren que las cianobacterias pueden desempeñar un papel muy importante como productores primarios dentro de la biosfera profunda de la Tierra. Además, este nicho ecológico, hasta ahora desconocido, pone de manifiesto la gran versatilidad de estos microorganismos, unos de los más antiguos de nuestro planeta.

Según sus autores, este trabajo también permite plantear nuevos modelos sobre el origen y evolución de las cianobacterias, así como la presencia de organismos similares en biosferas actuales o primitivas de otros planetas, como Marte, o lunas del sistema solar.

Referencia bibliográfica:

F. Puente-Sánchez, A. Arce-Rodríguez, M. Oggerin, M. García-Villadangos, M. Moreno-Paz, Y. Blanco, N. Rodríguez, L. Bird, S.A. Lincoln, F. Tornos, O. Prieto-Ballesteros, K.H. Freeman, D.H. Pieper, K.N. Timmis, R. Amils y V. Parro. «Viable cyanobacteria in the deep continental subsurface». Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), 2018. Este estudio se ha realizado en el marco de los proyectos Advanced Grant del Consejo de Investigación Europeo (ERC) y RETOS-MINECO español.

Nuestros pequeños sistemas autorreguladores terrícolas

 Por LYNN MARGULIS y DORION SAGAN

Las tareas que realizan los equipos de bacterias son, nada menos, que el acontecimiento del planeta entero. Son ellos los que evitan que la materia viva acabe convirtiéndose en polvo. Ellos convierten unos organismos en alimento para otros. Mantienen los elementos orgánicos e inorgánicos en el ciclo de la biosfera. Las bacterias purifican el agua de la Tierra y hacen los suelos fértiles. Perpetúan la anomalía química que es nuestra atmósfera, produciendo constantemente reservas nuevas de gases reactivos. James Lovelock, químico británico especializado en el estudio de la atmósfera, sugiere que algunos gases producidos por microbios actúan como un sistema de control para estabilizar el medio ambiente vivo. El metano, por ejemplo, puede actuar como un mecanismo regulador de oxígeno y ventilador de la zona anaeróbica (sin oxígeno), mientras que el amoniaco —otro gas que reacciona fuertemente con el oxígeno y que debe ser, por lo tanto, repuesto continuamente por los microorganismos— probablemente desempeña un papel más importante en la determinación de la alcalinidad de lagos y océanos. Es un gas de los llamados de «invernadero» (como el dióxido de carbono), que retienen las radiaciones produciendo, como consecuencia, un aumento de la temperatura del planeta, y puede haber tenido importancia en el control del clima en épocas pasadas. El cloruro de metilo, un gas del cual se encuentran restos en la atmósfera, puede regular la concentración de ozono en las capas más altas de aquélla, lo que, a su vez, afecta la cantidad de radiación que alcanza la superficie. Y esto influye en el crecimiento posterior de microorganismos productores de gas. Y así sucesivamente. El medio ambiente están tan entrelazado con las bacterias, y la influencia que éstas ejercen es tan intensa, que, en realidad, no hay manera de señalar con el dedo un punto y decir «aquí acaba la vida y aquí es donde comienza el reino inorgánico de la materia inerte».

El mundo bacteriano, efectivamente, ha detenido el tiempo en aquel punto en que un ser vivo no dependía del cuidadoso paquete de ADN que se encuentra en los organismos con núcleo celular, sino que tenía muchas opciones abiertas. El ADN bacteriano y el ARN no quedaron atrapados en el núcleo de las células de las especies que se reproducen sexualmente, sino que se conservaron flexibles de una manera modular. En el mundo bacteriano, fragmentos de ADN independiente, suspendidos entre la vida y el mundo inanimado, constituyen un repertorio poderoso de herramientas para la empresa imparable de la evolución. Cuando un virus penetra en nuestras células y emite sus extrañas instrucciones, puede hacer estragos. Para las bacterias, sin embargo, y para aquellas partes de nuestras células que más recuerdan a bacterias, las intrusiones víricas y de otros tipos en su ADN son pura rutina y, en conjunto, tienen un significado adaptativo. En el microcosmos se van ensayando nuevas combinaciones continuamente y la evolución de esos cambios sustenta también la evolución de las capas no bacterianas de la biota.

A medida que la vida avanza por el camino de la senda eucariótica, se va haciendo más rígida y limitada, en un sentido fundamental. Para conseguir el tamaño macroscópico, la energía y los cuerpos complejos de que disfrutamos, nos valemos de la flexibilidad genética. Con la única posibilidad de intercambio genético sólo durante la reproducción, estamos encerrados en nuestra especie, en nuestro cuerpo y en nuestra generación. Como se expresa a veces en el lenguaje técnico, intercambiamos nuestros genes «verticalmente» (a través de las generaciones), mientras que los procariotas los intercambian «horizontalmente» (directamente con sus células vecinas en una misma generación). El resultado es que mientras que las bacterias genéticamente fluidas son funcionalmente inmortales, en los eucariontes la sexualidad va ligada a la muerte.

 

Con equipos de bacterias que crecen y mueren poblando toda localización posible en la superficie de la Tierra y seleccionando continuamente las mejores soluciones locales para resolver el problema de mantener la vida en un momento determinado, la superficie se mantiene en un estado estacionario y acogedor. Al estar formado por organismos vivos, el ambiente es regulado continuamente por la vida y para la vida. El éxito supremo de intercambio celular para asegurar el máximo número de bacterias acaba aumentando el número de formas de vida, incluyendo animales y plantas, y acelerando todos los ciclos biológicos. Además, en su alianza con animales y vegetales, que no podrían vivir sin ellas, las bacterias de la Tierra forman un completo sistema regulador planetario, cuyo efecto específico es estabilizar las proporciones de gases atmosféricos reactivos y cuyo resultado general es mantener la Tierra habitable. Los humanos no podrán nunca apreciar esta proeza de ingeniería genética hasta que exploradores espaciales traten de colonizar Marte o hagan los satélites habitables en una base continua, que es lo que las bacterias han venido haciendo en la Tierra a lo largo de toda su larga historia.

Microcosmos

(1995)

Con el cerebro en las tripas

LAS BACTERIAS INTESTINALES PODRÍAN
CAMBIAR NUESTRO COMPORTAMIENTO

Desde el nacimiento, millones de bacterias empiezan a colonizar nuestro intestino. Desempeñan un papel fundamental para mantener la salud física pero, además, podrían tener mucho que decir en la personalidad. Modifican el estado emocional, influyen sobre la memoria, el estado de ansiedad e incluso serían clave a la hora de elegir compañía sexual, como apuntan estudios con animales. Sin ellas no seríamos quien somos.

Agencia SINC

6 marzo 2015

Podría ser un thriller psicológico, pero es real: dentro de ti hay una legión de millones de seres diminutos capaces de influir en tu mente sin que te des ni cuenta. Poco a poco la ciencia está desmontando la visión antropocéntrica de un ser humano autosuficiente, con control total sobre sus funciones mentales. No vivimos solos. Millones de bacterias no patógenas nos acompañan desde que nacemos y sin ellas nada sería igual. Juntas forman nuestra microbiota.

Se sabe que son imprescindibles para desarrollar unas buenas defensas y para la digestión de ciertos alimentos. Pero, además, son capaces de comunicarse con el cerebro. Influyen sobre el comportamiento social del individuo y sobre la elección de pareja, pueden modificar la memoria, el aprendizaje, el estado de ansiedad y el depresivo.

Toda nuestra piel se encuentra recubierta por estas bacterias, pero donde más se acumulan es en el intestino. Como si de una gran megalópolis de microorganismos se tratara, varios millones de ellos viven en el cálido y confortable interior de nuestro tubo digestivo.

Bacterias que enamoran

«Cada vez hay más evidencias de que la microbiota está implicada en ciertas conductas sociales como, por ejemplo, el reconocimiento de parentesco y el comportamiento reproductivo», explica a Sinc la investigadora de la Universidad de Liverpool (UK) Zenobia Lewis.

Se sospecha que las bacterias de nuestras axilas influyen a la hora de elegir compañero de cama

Sus estudios con moscas revelan hasta qué punto los microorganismos intestinales pueden influir en la elección de pareja. La mosca es capaz de identificar miembros de su familia por la composición de su flora y así evitar la endogamia. «En los insectos, este efecto de la microbiota intestinal parece estar relacionado con la producción de feromonas. Lo que se come afecta las bacterias del estómago y, por tanto, al olor del hospedador. Para muchos animales, el olor es clave a la hora de decidir aparearse con otro individuo», explica Lewis.

En definitiva, una mosca solo aceptará reproducirse con otra si su microbiota exhala el olor adecuado.

Este fenómeno no es exclusivo de insectos. Otros estudios han demostrado efectos similares en primates. Según Lewis, «ni siquiera los humanos parecen ser inmunes a los efectos de la microbiota. ¡Se sospecha que las bacterias de nuestras axilas influyen a la hora de elegir compañero de cama!».

Las consecuencias de elegir la pareja sexual dependiendo qué microorganismos vivan dentro de él pueden, a largo plazo, determinar el curso de la evolución, propiciando la aparición de varias especies donde antes solo había una.

El grupo del investigador Pacheco López, en la Universidad Autónoma Metropolitana de México, también estudia cómo los microorganismos que se alojan en las tripas pueden modificar el comportamiento social. Él opina que se debería considerar al ser humano como un organismo complejo, que no puede actuar de manera independiente de sus compañeros más próximos.

Dime qué bacterias tienes y te diré quién eres

Que las bacterias desempeñen un papel a la hora de elegir con quién tener descendencia ya es bastante sorprendente. Pero, además, envían señales al cerebro que pueden modular los niveles de ansiedad, el humor, el aprendizaje o el dolor que siente el hospedador. También se las ha relacionado con enfermedades como el autismo o la esclerosis múltiple.

«Hay evidencias —asegura Lewis— de que las bacterias del intestino influyen en la memoria y el comportamiento en ratones. Además, se ha visto que la microbiota está implicada en los niveles de ansiedad».

Algunos estudios demuestran que la respuesta al estrés en ratones que se han criado totalmente libres de microorganismos es anormalmente alta. Estos animales rinden peor en pruebas de memoria sencillas.

Otra manera de investigar el efecto de estos huéspedes del tubo digestivo es colonizar roedores poseedores de una cepa con la microbiota propia de otra. Para ello, se extraen las bacterias de las heces de un donante y se introducen en un receptor. El resultado es que el comportamiento del ratón cambia y se vuelve similar al del donante.

El cerebro y la microbiota se cartean

Pero no hace falta un trasplante de heces para modificar la microbiota del intestino. Los probióticos son turistas bacterianos: organismos vivos que se administran desde el exterior y que pueden producir un beneficio para el hospedador. Si se conociesen las especies bacterianas adecuadas, sería posible administrar cócteles de probióticos para mejorar el estado de ánimo y el estrés en personas con ciertas patologías.

Es más, la manera más sencilla de modificar la población de bacterias es la alimentación. Desde la niñez, la dieta que sigamos puede favorecer el crecimiento de unos u otros microorganismos.

Así, esta legión de pequeños huéspedes se está colocando en el punto de mira para el desarrollo de terapias contra enfermedades neuropsicológicas. Pero, aunque cada vez está más claro que las condiciones del cerebro pueden ser modificadas al modular la microbiota intestinal, como indica el investigador John Cryan, de la Universidad de Cork (Irlanda), «que esto dé lugar a terapias basadas en microorganismos aún es solo una posibilidad tentadora que merece la pena investigar».

Los mensajes de los microorganismos llegan al cerebro a través de moléculas que activan el nervio vago [que lleva información de nuestros órganos internos al cerebro] o actúan sobre el sistema inmunitario. Ambos canales sirven para trasladar la información al sistema nervioso central.

Y esta mensajería es correspondida. Desde el cerebro también se envía información que modifica la composición de la microbiota. Situaciones estresantes en la niñez pueden variar el microbioma de por vida, así como en un adulto el estrés crónico. Por ejemplo, un ratón que ha sido separado de su madre tres horas diarias durante los primeros doce días de vida tiene una microbiota diferente que uno que no ha sufrido este trauma.

Mariposas en el estómago

Pero lo cierto es que no es de extrañar que haya una comunicación continua entre los intestinos y el cerebro, al igual que muchas sensaciones o estados mentales se reflejan en nuestras tripas. Sentimos mariposas en el estómago cuando nos enamoramos, se nos cierra si estamos nerviosos y, a veces, toca hacer de tripas corazón para tomar la decisión adecuada.

Los sentimientos se reflejan en el tubo digestivo, y viceversa: su estado se refleja en nuestro ánimo. Porque en el intestino hay una red de varios cientos de millones de neuronas que actúan de manera independiente del cerebro. Este entramado de células nerviosas intestinales está en contacto íntimo con la mayor población de microorganismos del cuerpo humano, unos 100 billones de bacterias, y se le ha llegado a llamar 'el segundo cerebro'.

«Las 'superbacterias' podrían echar a perder un siglo de avances médicos»

RT Actualidad / Ciencia

(17-noviembre-2013)

La existencia de cepas de bacterias resistentes a los antibióticos representa una de las amenazas más graves a la salud, afirman expertos.

En un estudio publicado en la revista médica The Lancet, varios expertos advierten de los efectos devastadores del consumo desmesurado de antibióticos para dolencias triviales.

La investigación resalta que si no se toman medidas para contrarrestar esta amenaza, se podrían echar por la borda los avances médicos logrados en el último siglo. Las tasas de mortalidad por infección bacteriana «podrían volver a los niveles existentes a principios del siglo XX», afirma el artículo.

«Me preocupa que si en 20 años voy al hospital para una operación de reemplazo de cadera, pueda contraer una infección que lleve a mayores complicaciones y posiblemente a la muerte simplemente porque los antibióticos ya no funcionan como lo hacen ahora», señaló al diario The Independent el subdirector de servicios médicos de Inglaterra, John Watson.

Cuantos más fármacos circulan, más bacterias son capaces de resistirse a ellos. En el pasado, el desarrollo de fármacos se llevaba a cabo al mismo ritmo que la evolución de los microbios y existía una línea de producción de nuevos tipos de antibióticos constante. Sin embargo, la situación actual es distinta.

Entre las estrategias para combatir el aumento de cepas de bacterias resistentes a antibióticos, el estudio incluye reducir la cantidad de antibióticos que se prescriben, mejorar la higiene hospitalaria e incentivar a la industria farmacéutica no sólo para que cree nuevos antibióticos, sino también alternativas antibióticas.

El tratamiento con antibióticos puede alterar la flora intestinal

CSIC - 28/12/2012

Un estudio coliderado por investigadores del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) revela que los antibióticos producen cambios en los patrones microbianos y metabólicos del intestino. Los investigadores, que han analizado por primera vez las bacterias, genes, enzimas y moléculas que forman la microbiota intestinal de pacientes tratados con antibióticos, publican sus resultados en la edición digital de la revista Gut.

El intestino está poblado por un trillón de bacterias, que se conocen en su conjunto como microbiota o flora intestinal, y que han coevolucionado en simbiosis con el ser humano. Según este trabajo, el tratamiento con antibióticos puede alterar esta simbiosis desde etapas tempranas de la terapia.

«Aunque alguno de los cambios producidos son oscilatorios, y pueden ser revertidos al acabar el tratamiento, otros parecen irreversibles», afirma uno de los coordinadores del estudio, el investigador del CSIC Manuel Ferrer, que trabaja en el Instituto de Catálisis y Petroleoquímica.

La investigación, que ha contado con la colaboración del Instituto Cavanilles de Biodiversidad y Biología Evolutiva de la Universidad de Valencia, el Centro Superior de Investigación en Salud Pública, la Universidad CEU San Pablo y el Centro de Investigación Biomédica en Red en Epidemiología y Salud Pública, ha comparado muestras de heces de un paciente tomadas antes, durante y al finalizar el tratamiento.

Cambios en las bacterias intestinales

Según los resultados, la biodiversidad de las bacterias que forman la microbiota intestinal disminuye durante el tratamiento hasta el punto de alcanzar su mínimo 11 días después del inicio. Sin embargo, al acabar la terapia, la situación se revierte y el paciente presenta una población bacteriana similar a la que tenía al principio.

No obstante, según Ferrer, la investigación «demuestra por primera vez que las bacterias intestinales presentan una menor capacidad de producción de proteínas, así como deficiencias en actividades clave, durante y al finalizar el tratamiento». En concreto, el estudio sugiere que la microbiota intestinal presenta una menor capacidad para asimilar hierro y digerir ciertos alimentos así como de producir moléculas esenciales para el organismo.

El estudio también revela que bacterias poco abundantes en la flora intestinal, pero poco activas al inicio del tratamiento, sí lo son al acabar y pueden llegar a tener un papel relevante en el intestino como consecuencia directa de los antibióticos. Según los investigadores, el estudio muestra que «dichas bacterias podrían ser responsables de mejorar la interconexión entre el hígado y el colon y la producción de moléculas esenciales como ácidos biliares, hormonas y derivados del colesterol».

«Solo a través de un análisis global y detallado de diferentes antibióticos y personas de distinto origen geográfico, edad o estado de salud se pueden llegar a alcanzar terapias e intervenciones quirúrgicas personalizadas», apunta Andrés Moya, investigador del Centro Superior de Investigación en Salud Pública y colíder del trabajo.

Ana Elena Pérez-Cobas, María José Gosalbes, Anette Friedrichs, Henrik Knecht, Alejandro Artacho, Kathleen Eismann, Wolfgang Otto, David Rojo, Rafael Bargiela, Martin von Bergen, Sven C. Neulinger, Carolin Däumer, Femke-A. Heinsen, Amparo Latorre, Coral Barbas, Jana Seifert, Vitor Martins dos Santos, Stephan J Ott, Manuel Ferrer, Andrés Moya. «Gut microbiota disturbance during antibiotic therapy: a multi-omic approach». Gut. DOI: 10.1136/gutjnl-2012-303184.

El abuso de los antibióticos crea superbacterias

Hasta la última familia de antibióticos ha empezado a perder eficacia
por las resistencias, algo que alarma a los expertos

Inquietud de los científicos por la creciente resistencia de los microorganismos. Grecia, líder en consumo de estos fármacos, sufre las consecuencias. En España aún hay pocos casos.

 

Antía Castedo

En la segunda mitad del siglo XX la ciencia logró adelantar a las bacterias. El desarrollo de antibióticos fue más rápido que la capacidad de los microorganismos para mutar y sortear la embestida. Pero eso está cambiando rápidamente, en gran parte por el abuso y el consumo irresponsable de estas medicinas, tanto en humanos como en animales. Entre 2007 y 2011, la resistencia combinada de dos bacterias que son causa común de infecciones urinarias y respiratorias (la Klebsiella pneumoniae y la Escherichia coli) a varias familias de antibióticos ha crecido «de forma significativa» en un tercio de los países de la UE, alerta el Centro Europeo para la Prevención y el Control de Enfermedades (ECDC). Algunas de esas bacterias se están volviendo cada vez más resistentes a los antibióticos más potentes, la última línea de defensa contra la infección.

Los científicos avisan de que estamos ante un grave problema de salud pública y una seria amenaza para los sistemas sanitarios europeos. Sin antibióticos, algunos tratamientos avanzados no serían posibles. Hay tendencias «alarmantes», según el organismo europeo, que presenta hoy sus últimos datos en el Día por un Consumo Prudente de Antibióticos. «Hay un aumento preocupante de la resistencia de la K. pneumoniae a los antibióticos de última línea», explica Marc Sprenger, director del ECDC. Esta bacteria puede causar infecciones del torrente sanguíneo, neumonías e infecciones quirúrgicas; y afecta sobre todo a pacientes ingresados en hospitales. Cuando un paciente no responde al tratamiento, los médicos pueden recurrir a los antibióticos carbapenémicos, claves en infecciones causadas por bacterias multirresistentes.

Pero en algunos países, como Grecia o Italia, la resistencia a estos antibióticos, que son la última frontera para neutralizar la infección, es ya muy elevada y no para de crecer. Entre 2010 y 2011, el porcentaje de casos resistentes en Grecia entre pacientes con infecciones del torrente sanguíneo por K. pneumoniae pasó del 49% al 68%. El porcentaje de casos resistentes aumentó en Italia del 15% al 27% en el mismo periodo.

En España, ese porcentaje es inferior al 1% en las cepas aisladas de sangre, pero ya se han detectado casos y brotes en algunos hospitales. «De momento aquí es un problema menor, pero que va en aumento», detalla Luis Martínez, microbiólogo del hospital Marqués de Valdecilla, en Santander. Cuando los antibióticos más potentes y seguros no funcionan, solo quedan otros muy tóxicos que entrañan un alto riesgo para el hígado.

«Los datos se basan solo en casos de infecciones en sangre y meningitis para evitar sesgos y que sean comparables entre países», aclara Dominique Monnet, experto del ECDC. Las cifras las envía cada país tras realizar en los hospitales cultivos de laboratorio en enfermos infectados. Este sistema público de vigilancia de la resistencia a antibióticos en Europa, llamado EARS-Net y centralizado en el ECDC, hace un seguimiento de siete familias de bacterias, las más relevantes desde el punto de vista clínico y por su especial facilidad para adquirir nuevas resistencias. Este procedimiento, aun siendo un buen indicador, puede subestimar el problema al no registrar otras infecciones, como las de orina, reconocen los expertos.

En 2008, un científico descubrió una cepa de la K. pneumoniae extremadamente resistente a los antibióticos carbapenémicos, lo que provocó un tsunami científico, aunque no era la primera vez que se daba un caso similar. Fue un científico de la Universidad de Cardiff (Gales) quien detectó un gen que confería a la bacteria la capacidad de producir una enzima capaz de neutralizar el efecto de los antibióticos más potentes. El científico, Timothy Walsh, nombró a esa enzima metallo-betalactamasa-1 de Nueva Delhi (NDM-1). El nombre viene de la ciudad india donde viajó el paciente sueco que adquirió la infección y cuyas muestras analizó Walsh. Posteriormente, esta enzima se ha detectado en muchos tipos de bacterias, como la E. coli, la más común en los humanos. La NDM-1 no ha provocado brotes en España hasta ahora, aunque sí otras enzimas del mismo tipo (carbapenemasas) que preocupan a médicos y científicos por la capacidad de transmisión.

La resistencia a antibióticos provocada por un mal uso de los medicamentos genera 25.000 muertes al año en Europa y unos costes sanitarios adicionales de 15.000 millones de euros. Se estima que el número de infecciones por bacterias multirresistentes alcanza las 400.000 al año. «Los países del sur de Europa consumen más antibióticos que los del norte», afirma José Campos, jefe del laboratorio de antibióticos del Centro Nacional de Microbiología. Y esos países, que utilizan más medicamentos fuera de los hospitales, no lo hacen por sufrir más infecciones bacterianas, sino porque incurren en un consumo excesivo e inadecuado (para tratar infecciones virales como la gripe o el resfriado, por ejemplo), lo cual afecta a sus tasas de resistencia, casi siempre bastante superiores en los países del sur.

Grecia es el país donde más antibióticos se consumen: 3,5 veces más que en Estonia, en la cola de la tabla según los datos del ECDC sobre consumo en la comunidad (extrahospitalario). En esa tabla España aparece en el número 13 de un total de 29 países (datos de 2010), pero la información es engañosa porque solo incluye el consumo de antibióticos con receta de la Seguridad Social. Quedan fuera los antibióticos recetados por médicos y seguros privados y aquellos que, aunque esté prohibido por ley, se continúen vendiendo sin receta. «Tomando esos datos, España estaría entre los tres o cuatro primeros», alerta Campos.

El consumo en hospitales, cuyos datos no presenta el ECDC, es un factor fundamental para la difusión de bacterias resistentes causantes de infecciones hospitalarias. Y en esto España no está tan mal. «La utilización de antibióticos en hospitales está hoy muy controlada», afirma Francesc Gudiol, catedrático de Medicina de la Universidad de Barcelona y jefe del Departamento de Enfermedades Infecciosas del hospital de Bellvitge.

Según el Centro Nacional de Microbiología del Instituto de Salud Carlos III, cerca de un tercio de las infecciones de sangre producidas por la Escherichia coli en España son resistentes a la vez a dos de las familias de antibióticos más importantes: las fluoroquinolonas y las cefalosporinas de tercera generación. «Hay cepas de E. coli resistentes endémicas ya en España, a diferencia de lo que ocurre con otras cepas multirresistentes, que solo pueden afectar si alguien las importa de otros países», explica Gudiol. La situación es preocupante en el caso del estafilococo dorado, una bacteria que produce infecciones en la piel y en la sangre, y que presenta en España elevadas tasas de resistencia a la oxacilina (del grupo de las penicilinas), «un importante problema de salud pública», según el ECDC. La tasa —que se sitúa entre el 10% y el 25%— ha caído con respecto al año pasado, aunque el descenso mayor se ha producido en Reino Unido y Francia, que han invertido muchos recursos en ello.

Aun así, existen importantes variaciones localmente. El proyecto Virerist, liderado por el jefe de la Unidad de Medicina Preventiva del hospital de la Vega Baja (Orihuela), José María López-Lozano, lleva años recopilando datos. Los investigadores del programa han logrado desarrollar aplicaciones informáticas que minimizan la posibilidad de que a un paciente se le recete un antibiótico que no será efectivo. «Desde que se diagnostica una infección hasta que se tienen los resultados de laboratorio que identifican el microorganismo causante, pueden pasar dos o tres días», explica Lozano.

Pero los enfermos necesitan un tratamiento inmediato, que el médico debe suministrar cuando aún no tiene toda la información sobre el caso. El programa determina cuál es, con mayor probabilidad, el microorganismo causante de la infección y qué antibiótico conviene recetar. Además de beneficiar al enfermo, se actúa sobre la comunidad al reducir el riesgo de error en el tratamiento y, por tanto, de generar nuevas resistencias al antibiótico que luego puedan transmitirse. «Las resistencias no son un problema individual. Cuando un médico receta, esto puede tener efectos en la salud pública», resume Lozano.

En el hospital del Marqués de Valdecilla, en Santander, Martínez analiza los cultivos bacterianos y recomienda a los médicos el medicamento que deben recetar. En los casos en que el paciente no responde a ninguno de los antibióticos tradicionales, los expertos optan por suministrar el compuesto al que la bacteria presenta menos resistencia.

La K. pneumoniae suele afectar a personas hospitalizadas en tratamiento por otras enfermedades. Para infectarse, la persona debe estar expuesta a la bacteria, bien por el contacto directo con otra persona o por contaminación ambiental. Por ello, el ECDC insiste en que es muy importante mantener la higiene (como lavarse las manos frecuentemente para evitar diseminar las bacterias ya resistentes) y aislar al paciente infectado. En España hay programas de concienciación en hospitales desde hace años, relata Martínez. Lo que no evita que se produzcan brotes, como el de la bacteria Acinetobacter baumanii, multirresistente a antibióticos, que sufrió el hospital madrileño 12 de Octubre y causó 18 muertos entre finales de 2006 y 2008.

Los científicos alertan: estamos perdiendo la carrera. «El desarrollo de las resistencias es un proceso en parte natural y que todos esperábamos, pero han aumentado más de lo previsible», reconoce Gudiol. De momento, la mayoría de infecciones todavía se pueden tratar, pero cada vez es más difícil para los médicos. «La última familia de antibióticos que nos queda está perdiendo efectividad y su preservación es una prioridad sanitaria de primer orden», alerta Campos. Es necesario aplicar medidas drásticas para detener el avance de la resistencia, por un lado, e invertir en el desarrollo de nuevos antibióticos, por otro. Porque, afirman los expertos, la industria ha perdido interés en invertir en este campo.

La Comisión Europea lanzó el año pasado un programa para financiar la investigación de nuevos antibióticos y su desarrollo a través de una iniciativa público-privada dentro de la IMI (Iniciativa de Medicinas Innovadoras). En el programa participan farmacéuticas, académicos, organizaciones de pacientes, empresas de biotecnología y hospitales, entre otros. Entre los objetivos está «acelerar el desarrollo de antibióticos», explica una portavoz.

Para ello, se trabajará en mejorar la efectividad de los ensayos clínicos o la tecnología utilizada en diferentes fases del proceso. Los países europeos también comparten fondos para investigar en problemas asociados a la resistencia en virtud de una iniciativa conjunta sobre resistencia a los antimicrobianos. Los médicos insisten en que es fundamental decantar la balanza de nuevo del lado de la ciencia y detener la crisis. Alejar, definitivamente, la imagen angustiosa de un mundo sin antibióticos.

EL PAÍS (16/Nov./2012)