Los fagos en la lucha contra la resistencia bacteriana a los antibióticos

La resistencia bacteriana a los antibióticos, como hablamos en la entrada de abril, es una de las mayores problemáticas a las que se enfrenta la sociedad actual. La investigación y la concienciación son consideradas herramientas clave en su mitigación, pero recientemente hay quienes consideran la posibilidad de recurrir a los “fagos” o “virus devoradores de bacterias” para acabar con las bacterias resistentes.

El origen de esta idea no es reciente. Se remonta a principios del S.XX, época previa al descubrimiento de los antibióticos en la que las compañías farmacéuticas vendían preparados compuestos por virus para tratar afecciones bacterianas. El médico canadiense Felix d’Herelle los denominó “bacteriófagos” (literalmente, “devoradores de bacterias”) y los utilizó para desarrollar una serie de medicamentos virales.

No obstante, la llegada de los primeros antibióticos, cuya producción era mucho más sencilla y eficaz, llevó al abandono de los fagos.

Casi cien años más tarde, en la actualidad, la adaptación de las bacterias a numerosos antibióticos ha llevado a muchos a pensar en retomar la utilización de aquellos fagos, que tan útiles se consideraron en su momento, para tratar infecciones resistentes a los mismos. Su modo de actuación en principio es sencillo: localizan la infección y la destruyen inyectando su ADN en el interior de las bacterias, donde se reproducen y acaban provocando su rotura.

Se trata, no obstante, de tratamientos muy específicos, ya que cada virus infecta a bacterias de cepas concretas, lo cual supone al mismo tiempo el inconveniente de encontrar el “fago” adecuado (que requeriría su aislamiento y un complejo análisis entre las que podrían ser miles de opciones iniciales) y la ventaja de dificultar el desarrollo de resistencias por parte de las bacterias. Otra ventaja con la que cuentan los fagos es la facilidad de su modificación por medio de ingeniería genética debido a su sencillo genoma, lo que permitiría mejorar su acción antibacteriana.

Sabiendo esto y a pesar de los riesgos y de la división de opiniones con respecto a su auténtica eficacia, muchos piden la aprobación de este tratamiento por parte de las agencias reguladoras para enfrentarse a infecciones que no presenten otra solución, como son las causadas por bacterias resistentes a los antibióticos.

En cualquier caso, será un proceso lento y complejo, especialmente mientras las compañías farmacéuticas sigan encontrando una mayor rentabilidad en la producción tradicional de antibióticos.

Joanne Chory

Joanne Chory es una botánica y genetista nacida en Methuen (Massachusetts, Estados Unidos) en 1955. Se graduó en Biología en Oberlin College (Ohio) y se doctoró en Microbiología en University of Illinois at Urbana-Champaign (Illinois) en 1984.

Se vinculó como profesora al Instituto Salk (California) en 1988 y desde 1999 es profesora de la Facultad de Biología celular y del desarrollo de la Universidad de California en San Diego.

Sus principales contribuciones científicas se encuentran en el campo de la botánica, en relación a sus investigaciones sobre el crecimiento de plantas que puedan hacer frente al crecimiento de la población humana. Utilizando Arabidopsis thaliana como modelo, se centra en la optimización del crecimiento de las plantas estudiando los efectos de la mutación genética en dicho modelo desde diversos campos más allá de la genética o la genómica como la biología celular, la cristalografía de rayos X, la bioquímica y la ecología. En concreto, Chory se centra en el fenotipo (expresión del genotipo o información genética de cierto individuo en el ambiente) y en los procesos relacionados con la luz en el desarrollo de las plantas.

Es miembra de numerosas academias y asociaciones como U.S. National Academy of Sciences, Royal Society, American Academy of Arts and Sciences o American Philosophical Society.

Ha recibido numerosas distinciones en reconocimiento de su trabajo, encontrándose entre ellas Genetics Society of America Medal, Fellow of the American Association for the Advancement of Science y el Premio Princesa de Asturias de Investigación Científica y Técnica, que recibió por sus estudios sobre el uso de cultivos para la reducción de dióxido de carbono o CO₂, uno de los principales responsables del cambio climático.

En relación a estos estudios, Chory descubrió que una modificación genética en las plantas podría permitir el desarrollo de raíces más duras y profundas que contengan parte del CO₂, que ya absorben de forma natural durante la fotosíntesis para convertirlos en azúcares. La muerte de la planta libera estos azúcares transformándolos previamente en CO₂, lo que lleva al fundamento del proyecto de Chory: procurar que la planta en cuestión conserve ese CO₂ en una parte de la misma que sea resistente a la descomposición, como son las raíces. En este sentido, la modificación genética busca crear plantas con raíces mayores y más profundas, sin cambiar el ciclo de vida de la planta, ya que el CO₂ absorbido por ella sigue siendo en todo caso el mismo. Al morir, en lugar de almacenarse en las hojas, que se descomponen liberando CO₂ a la atmósfera, éste se guardará en las raíces (en cierto modo, “se enterrará”) gracias a dicha modificación genética.

A escala global, se calcula que la aplicación de este método en los grandes cultivos de cereales en los próximos años podría reducir en un 20% la emisión de CO₂, contando además con la ventaja de que las raíces no forman parte de la dieta del ser humano y, por tanto, no afectará a su dieta.

Los NEOs

Se considera NEO “Near Earth Object” (Objeto Cercano a la Tierra) a todo aquel “cuerpo celeste que orbita en torno al Sol y que no es planeta, planeta enano o satélite, lo cual incluye asteorides, cometas, meteoroides y objetos transneptunianos” cuya órbita lo aproxima a la Tierra. En concreto, por convenio dichos cuerpos se consideran NEOs cuando su mayor aproximación al Sol es menor de 1,3 UA o Unidades Astronómicas (unos 150 millones de km, la distancia media entre el Sol y la Tierra). En aquellos casos en los que la órbita de un NEO cruza la de la Tierra y supera los 140 m de longitud, pasa a considerarse como un Objeto Potencialmente Peligroso (PHO en sus siglas en inglés). La mayoría son asteroides, de los cuales a día de hoy se han identificado más de 20.000.

Para determinar el riesgo de impacto de estos objetos se han desarrollado varios métodos, encontrándose entre los más importantes “La Escala de Torino” (que relaciona la probabilidad de impacto y la energía que se liberaría en el mismo) y “La Escala de Palermo” (de tipo logarítmico, compara la probabilidad de impacto de un objeto en concreto con el riesgo medio de otro objeto de igual o mayor tamaño).

La frecuencia con que los asteroides alcanzan la Tierra depende de su tamaño: los pequeños (de entre 1 y 20 m, que normalmente se desintegran en la atmósfera) la alcanzan todos los años, de 100 m una vez cada 5.000 años, de 400 m una vez cada 100.000, mientras que los de 1 km colisionan una vez aproximadamente cada 500.000 años y los de 5 km cada 20 millones de años. Uno de 10 o más, como el que se considera causó la última extinción masiva, que acabó con los dinosaurios, impacta sobre nuestro planeta cada varias docenas de millones de años

Desde los años 80 la concienciación sobre el riesgo real y la peligrosidad de los impactos de NEOs en la Tierra ha aumentado tras demostrarse científicamente su implicación en la historia biológica y geológica de nuestro planeta. También lo han hecho los esfuerzos por identificarlos y las estrategias para enfrentarlos, planificándose incluso simulacros como el que la NASA desarrolló el pasado mes de abril.

El daño ocasionado por el impacto de un asteroide, relacionado con la energía liberada a su llegada a la Tierra, depende de varios factores más allá del tamaño como la velocidad y el ángulo de entrada o su composición. Recientemente se han creado páginas web que permiten estimar los efectos que tendría un hipotético impacto modificando estos atributos.

En los últimos años, eventos como el impacto en 2013 de un asteroide de 20 metros en Chelyabinsk (Rusia) o el acercamiento de uno de 500 m el pasado 10 de agosto de 2019 han incrementado el interés entre el público general acerca de los asteorides y de la probabilidad de que alguno de ellos impacte sobre la Tierra en los próximos años.

Aunque el riesgo de impacto de un objeto de grandes dimensiones a corto plazo es muy bajo, se sabe con seguridad que ha sucedido varias veces en el pasado y que tarde o temprano volverá a suceder, de ahí la importancia en la detección, vigilancia y en especial defensa frente a los NEOs, muchos de los cuales todavía están por descubrir.

La reforestación

En silvicultura, la disciplina que se ocupa de gestionar los bosques y montes forestales, la reforestación se entiende como la acción de repoblar zonas que en un pasado reciente se encontraban cubiertas de bosques que han desaparecido por causas mayoritariamente humanas. Se considera una de las acciones más importantes en la lucha contra el cambio climático y en la mejora del medio ambiente.

En un estudio publicado en Science, una de las revistas científicas más prestigiosas, se llegó a la conclusión de que una reforestación potencial a escala internacional con Rusia, Estados Unidos, Canadá, Australia, Brasil y China abarcando más de un 50% de la superficie que se necesitaría podría llegar a absorber un 25% de las emisiones de dióxido de carbono a nivel mundial.

Esta reforestación no afectaría a suelos hoy en día agrícolas o urbanos y podría abarcar casi mil millones de hectáreas (el equivalente a la superficie de Estados Unidos), lo que contribuiría a la recuperación de ecosistemas naturales en esas regiones.

Sin embargo, la reforestación puede tener consecuencias negativas sobre componentes del ecosistema como la fauna, el suelo o el ciclo hidrológico en determinados casos. Un ejemplo de ello se encuentra en Irlanda, cuya superficie forestal pasó de ser un 1% a principios del S.XX a un 11% en la actualidad (unas 770.000 hectáreas), que se planea ampliar a un 18% en los próximos años. Hay quienes se oponen a este proceso cuyo protagonista es la Pícea de Sitka, cierta clase de conífera de origen norteamericano que según afirman algunos causa daños sociales y ecológicos, absorbiendo una cantidad menor de dióxido de carbono de la confirmada por los responsables de dicho proceso.

Todo parece indicar que la reforestación es una acción imprescindible para alcanzar un mundo más sostenible, pero solo en aquellos casos en los que no se hayan encontrado riesgos significativos que pudieran afectar a la salud del ecosistema donde se vaya a llevar a cabo, detectables por medio de estudios previos.

La edición de bases en la lucha contra las enfermedades genéticas

El ADN o ácido desoxirribonucleico es un ácido nucleico con las instrucciones genéticas necesarias en el desarrollo y funcionamiento de los organismos vivos y algunos virus. Se trata de un polímero (macromolécula formada por unidades más simples denominadas monómeros) de nucleótidos, cada uno de los cuales se encuentra a su vez formado por un glúcido (la desoxirribosa), una base nitrogenada (que puede ser adenina, timina, citosina o guanina: A, T, C o G, respectivamente) y un grupo fosfato. La disposición de las bases, que se sitúan A-T y G-C, codifica la información genética.

Los genes contienen el ADN y un cambio en uno o varios genes debido a una mutación (que podría ser tan simple como el cambio de una base por otra que no debería estar allí) podría desembocar en una enfermedad genética.

Recientemente se han producido avances que podrían permitir corregir mutaciones puntuales y en teoría, curar ciertas enfermedades genéticas que afectan a millones de personas en todo el mundo simplemente “reescribiendo” el ADN. Hablamos de la edición de bases, que tiene su origen en un mecanismo que las bacterias desarrollaron hace tres mil millones de años para combatir las infecciones virales, conocido en la actualidad como “CRISPR”.

CRISPR se fundamenta en la acción de una proteína que ejerce de “tijeras moleculares”, llamada así porque cuenta con la capacidad de “cortar” el ADN. Estas tijeras pueden ser programadas para buscar, unirse a y cortar una secuencia específica del ADN.

No obstante, en la mayoría de mutaciones puntuales la simple acción de cortar una secuencia no conllevaría mejora alguna, ya que la función alterada por dicha mutuación debería ser restaurada.

Durante una charla TED, el químico David R. Liu habló sobre la máquina molecular que desarrolló en 2016 junto a algunos de sus estudiantes, que no existe en la naturaleza y que llamaron “editor de bases”, la cual mediante los mecanismos programables de búsqueda de las tijeras CRISPR convierte directamente unas bases (letras) en otras en lugar de cortar el ADN: en concreto es capaz de transformar la “C” en “T” y la “G” en “A” y con ello de enfrentarse a un 14% de las aproximadamente 35.000 mutaciones puntuales conocidas.

Para atajar otros cambios (“A” en “G” y “T” en “C”) había que crear una nueva clase de editor de bases, que en teoría podría curar casi la mitad de dichas mutaciones. Aunque la inexistencia de una proteína capaz de hacerlo dificultó la situación, se terminó creando y con ella el segundo editor de bases, con el mismo mecanismo que el primero, en 2017.

Hoy, los editores de bases se han popularizado en todo el globo en el campo de la investigación biomédica, con miles de pedidos y cientos de artículos científicos. Aunque siendo su invención tan reciente todavía no se han probado en ensayos clínicos en humanos, los resultados en animales en casos de afecciones como la distrofia muscular, cierta clase de sordera congénita o un determinado tipo de enfermedad cardiovascular son prometedores en cuanto a su aplicación en seres humanos en un futuro próximo.