Un nuevo estudio de Rutgers Health revela que la ciprofloxacina, el tratamiento estándar para las infecciones del tracto urinario, causa una crisis energética en E. coli, que salva muchas células de la muerte y promueve la evolución de la resistencia a los antibióticos.
«Los antibióticos en realidad pueden alterar el metabolismo de las bacterias», dijo Barry Lee, estudiante de la Escuela de Medicina de Nueva Jersey de Rutgers y el primer autor del periódico. «Queríamos ver qué harían estos cambios a la posible supervivencia del error».
Li y el autor principal Jason Yang se centraron en el trifosfato de adenosina (ATP), el combustible molecular que impulsa las células. Cuando los niveles de ATP se bloquean, las células experimentan «estrés de bioenergía».
¿Por qué la supervivencia de las bacterias fue tan asombrosa?
Para imitar el estrés de bioenergía, el equipo diseñó E. coli usando desagües genéticos que constantemente quemaban ATP o su primo nicotinamida adenina dinucleótido (NADH). Luego enfrentamos las cepas de ingeniería y las bacterias normales contra la ciprofloxacina.
Los resultados sorprendieron a los investigadores. Drogas y drenaje genético cada uno redujo el ATP, pero las bacterias giraban. La respiración se disparó y las células exhalaron el exceso de moléculas de oxígeno reactivas que podrían dañar el ADN.
Esto ha resultado en dos consecuencias preocupantes. Primero, muchas de las células bacterianas sobrevivieron.
En las pruebas de matanza en el tiempo, 10 veces más células de estrés sobrevivieron a la dosis fatal de ciprofloxacina en comparación con los controles sin estrés. Estos rezagados se conocen como células de Pallister y permanecen inactivas hasta que se elimina el fármaco, luego se recuperan para iniciar una nueva infección.
La gente ha criticado durante mucho tiempo el metabolismo contundente por la formación de células sostenidas, explicó Lee.
«La gente esperaba que el metabolismo más lento reduzca el asesinato», dijo Li. «Vimos lo contrario: las células elevan el metabolismo y reponen los tanques de energía, lo que enciende la respuesta al estrés que ralentiza el asesinato».
Los experimentos de seguimiento rastrearon la protección contra respuestas duras, un sistema de alarma bacteriana que preprograma las células en respuesta al estrés.
En segundo lugar, las células estresadas mutaban más rápido para evolucionar la resistencia a los antibióticos.
Las células genéticas alteran la resistencia a los antibióticos del combustible
Mientras que los persuasivos continúan haciendo cosquillas en las infecciones, la resistencia a los antibióticos genéticos puede ignorar por completo las drogas. El grupo Rutgers distribuyó E. coli mediante la escalada de dosis de ciprofloxacina, y descubrió que las células estresadas alcanzaron los umbrales de resistencia más rápido que las células normales. La secuenciación de ADN y las pruebas de mutación clásica mostraron que el daño oxidativo y las reparaciones propensas a errores fueron los perpetradores.
«Los cambios metabólicos pueden ayudar a los antibióticos a dejar de funcionar y ayudar a las bacterias a evolucionar la resistencia», explicó Yang, profesor asistente de la Facultad de Medicina y Primer Ministro de Microbiología, Bioquímica y Genética Molecular.
Las mediciones preliminares han demostrado que la gentamicina y la ampicilina también excretan ATP además de la ciprofloxacina. Los efectos del estrés pueden variar desde una amplia gama de patógenos, incluida Mycobacterium tuberculosis, que es altamente sensible al choque ATP.
Arroja una nueva luz sobre la enorme amenaza mundial para la salud
La resistencia a los antibióticos ya contribuye a 1,27 millones de muertes por año. Las estrategias que pasan por alto los resultados metabólicos de los tratamientos pueden carecer de palancas importantes.
Los hallazgos sugieren varios cambios en el desarrollo y uso de antibióticos.
Primero, detectamos antibióticos para efectos secundarios de drenaje de energía involuntarios. En segundo lugar, empareje los medicamentos existentes con refuerzos antiprevención que bloquean las vías de estrés o trapan el exceso de radicales de oxígeno. Tercero, reconsideraremos nuestro instinto de volar una infección a la dosis más alta posible. Tanto los estudios previos como los nuevos datos sugieren que las concentraciones extremas pueden causar bacterias que protegen el estrés extremadamente.
«Las bacterias convierten nuestros ataques en el campo de entrenamiento», concluyó Yang. «Si podemos reducir la electricidad a ese campamento, podemos hacer que los antibióticos funcionen más tiempo».
Li y Yang planean probar compuestos que alivian el estrés de bioenergía, con la esperanza de devolver la crisis de energía microbiana a los talones de Aquiles en lugar de a los escudos.
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