¡Las bacterias contraatacan!

Junto con las medidas de higiene y salubridad públicas, la aparición de los antibióticos supuso un punto de inflexión en el siglo XX. Las muertes por enfermedades infecciosas se han reducido un 90%, aunque siguen constituyendo la primera causa de mortalidad a escala mundial. Dada la confianza que se tiene sobre estos fármacos, su uso se ha expandido mucho y asociado a esto han surgido otra serie de problemas.

Alexander Fleming (1881-1955).
Premio Nobel 1945. Descubridor de la penicilina
 

Por un lado, se ha relacionado con el aumento en la prevalencia de muchas enfermedades complejas, de causa desconocida, como enfermedades autoinmunes, diabetes, autismo, alergias, etc. Los antibióticos que se utilizan en la clínica suelen ser de amplio espectro. Es decir, no solo destruyen patógenos, también afectan a las bacterias que habitan el cuerpo de forma natural, la microbiota. Esta protege al hospedador: ocupando espacio para que los patógenos no se puedan asentar y colaborando en distintas funciones corporales (co-dependencia metabólica, cooperación con el Sistema Inmune, etc.).

Por otro lado, en los últimos tiempos está adquiriendo importancia un fenómeno también relacionado con el uso excesivo de los antibióticos: el auge de la resistencia a estos fármacos. Seguro que alguna vez has oído hablar de ello, ¿pero sabes cómo funciona? ¿Qué podemos hacer para evitarlo?

Se trata de un fenómeno cuya causa última es el funcionamiento mismo de la naturaleza. Los seres vivos tienen la capacidad de adaptarse a su ambiente, incorporando características que supongan una ventaja para sobrevivir. Esto es la famosa selección natural darwiniana. Para nuestro caso, los antibióticos son un arma contra las bacterias (presión selectiva), por lo que estas se adaptan a la nueva situación desarrollando estrategias para combatirlos. En esto consiste la resistencia a antibióticos.

Cultivos bacterianos sobre los que se han puesto pastillas de
antibiótico. Puede observarse como en la primera placa, todas
las bacterias mueren alrededor de la pastilla, son
sensibles al antibiótico.  En cambio, en la segunda placa,
vemos algunas pastillas que no tienen efecto sobre las
bacterias, que deben ser resistentes al antibiótico.
 

Causas del aumento de bacterias resistentes a antibióticos:

• Mal uso o abuso de los antibióticos. La dosis terapéutica con la que se recetan los antibióticos es la concentración óptima para la eliminación del patógeno, sin dar tiempo a que se genere resistencia. Si la dosis tomada es menor, la infección no se combate bien, mientras que si la dosis es excesiva se ejerce una presión selectiva suficiente para asegurar la proliferación de bacterias resistentes al antibiótico.
• Prescripciones erróneas. Se estima que alrededor del 50% de las prescripciones de antibióticos son dados sin evidencia clara de infección bacteriana. Por ejemplo, a pacientes con gripe u otras enfermedades víricas. Frecuentemente, los antibióticos se prescriben sin previa identificación del patógeno, por lo que se dan antibióticos de amplio espectro en lugar de otros más específicos. Así, se favorece la selección de mutantes resistentes a drogas.
• Medicamentos de baja calidad. En algunos países, la falta de acceso a los antimicrobianos hace que se tomen tratamientos incompletos o medicamentos de baja calidad.
• La ganadería. En la ganadería se emplean dosis subterapéuticas de antibióticos para fomentar el crecimiento de los animales o prevenir enfermedades, y esto puede favorecer la aparición de microorganismos resistentes que se transmitan al hombre.
• La debilidad de los sistemas de vigilancia de salud pública. Hay pocas redes institucionales que estén bien establecidas y sirvan de comunicación regular de datos sobre la farmacorresistencia.



Ecología de los antibióticos y resistencia a antibióticos. Los antibióticos son producidos por bacterias y hongos desde hace millones de años. Además, durante los últimos 70 años aproximadamente, hemos producido grandes cantidades. El consumo de antibióticos a nivel mundial se estima entre 100.000 y 200.000 toneladas al año. Por tanto, existe un elevado porcentaje de antibióticos que se liberan de manera directa al medio. La presencia de estos antibióticos actúa de fuerza de selección de bacterias resistentes. 
Andersson & Hughes (2014)
 

Un poco de historia… El periodo 1945-1960 se considera la “era dorada” de los antibióticos, pues fue entonces cuando la mayoría de las tipos fueron descubiertos. Entre estos se incluyen las penicilinas y cefalosporinas de hongos y diferentes antibióticos de la bacteria filamentosa Streptomyces, como la estreptomicina, la eritromicina, la tetraciclina y la vancomicina.

Se dice que una vez que un antibiótico comienza a emplearse masivamente en humanos, sus días están contados. Por ejemplo, para la penicilina la resistencia se empezó a notar dos años después de su introducción en los años 40. En la segundad mitad del siglo XX, se siguió investigando para intentar eludir la resistencia de las bacterias mediante dos vías: la modificación de moléculas a partir de los núcleos esenciales de los antibióticos originales y la síntesis de nuevas moléculas, eficaces contra los patógenos.

Dianas para los principales antibióticos:

Esquema resumiendo las diferentes dianas de los principales antibióticos
 

• Biosíntesis de la pared celular. Las bacterias poseen una capa de peptidoglicano sobre su membrana celular que les confiere resistencia mecánica y protección. Los antibióticos como la penicilina, la cefalosporina (β-lactámicos) o la vancomicina bloquean este proceso, produciendo la debilitación de la pared bacteriana. 
• Síntesis de proteínas. Es un proceso clave para la vida, que también realizan nuestras células (eucariotas). Sin embargo, los ribosomas de bacterias son distintos a los nuestros. Por esto, existen muchos inhibidores específicos como algunos tipos de eritromicinas, las tetramicinas, la estreptomicina, entre otros.
• Replicación y reparación del ADN. El ADN contiene toda la información necesaria para el mantenimiento de un organismo vivo y su reproducción, de modo que antibióticos que interfieren con esto conducen a la muerte celular de las bacterias. 

La resistencia a antibióticos puede surgir en las bacterias de dos formas:

• Mediante mutación y selección. Las bacterias se multiplican muy rápido y sufren muchas mutaciones en su ADN, que pueden crear genes de resistencia a antibióticos donde antes no los había.
• Por transferencia génica horizontal (transducción, transformación y conjugación). Las bacterias se reproducen asexualmente, creando clones de sí mismas, pero a veces pueden incorporar material genético ajeno (elementos extracromosomales) que contenga genes de resistencia a antibióticos provenientes de otros organismos.

 

Adquisición de resistencia a antibióticos. Las bacterias pueden adquirir resistencia 
a antibióticos (Ab’) por mutaciones en los genes cromosomales. Pueden adquirir 
material genético foráneo incorporando segmentos de DNA en su cromosoma 
(transformación), por la infección de un bacteriófago (transducción) o por la 
incorporación de transposones o plásmidos durante la conjugación.
Alekshun, Levy, S.B. (2007)
 

En una infección bacteriana que es tratada con antibiótico, seguro que parte de la población de bacterias tiene resistencia a antibióticos. Esto puede combatirse con un tratamiento con dosis efectivas, que acabe con todas las bacterias antes de se puedan multiplicar demasiado.

Existen tres grandes tipos de estrategias de resistencia a antibióticos.

• Sistemas de bombeo de los antibióticos fuera de la bacteria. Son transportadores de membrana que expulsan compuestos tóxicos, generalmente de forma inespecífica, por lo que generan resistencia a un amplio espectro de antibióticos.
• Destrucción del antibiótico. Algunas bacterias poseen enzimas capaces de romper o inactivar las moléculas de antibiótico. Por ejemplo, la β-lactamasa que rompe anillos β-lactámicos, componente principal de las penicilinas y las cefalosporinas. Algunas cepas de Staphylococcus aureus resistentes presentan este mecanismo, y son las responsables de la mayoría de infecciones de este tipo que se producen en los hospitales.

 

Mecanismo de acción de β-lactamasa o penicilinasa
sobre molécula de penicilina
 

• Introducción de cambios en las moléculas diana de los antibióticos.  Existen enzimas capaces de modificar otras moléculas importantes para la bacteria sin que se altere su funcionalidad. El objetivo es que estas moléculas no puedan ser reconocidas por antibióticos específicos para ellas, anulando su efecto.

Todos hemos tenido que tomar antibióticos alguna vez. Incluso sabiendo lo potentes que son, a veces lo hacemos con poco cuidado. Con esta entrada pretendemos proporcionar una visión simple de su funcionamiento, así como de los peligros de su mal uso. Así que ya sabéis, ¡haced caso al médico y seguid la prescripción al pie de la letra!

Por otra parte, queremos resaltar que la aparición y proliferación de bacterias resistentes a antibióticos es un gran ejemplo de cómo funciona la selección natural. Los seres vivos estamos sometidos a la evolución y gracias a ella ha surgido toda la diversidad biológica que conocemos.

En este blog, nuestro principal objetivo es acercar la ciencia a todos los curiosos que, como nosotros, sientan constante asombro ante las maravillas de la naturaleza. Por eso, ¡esperamos que os haya gustado esta entrada y nos encantaría conocer vuestra opinión al respecto!

Bibliografía:

• “Microbiota intestinal, sistema inmune y obesidad”. RUIZ ALVAREZ, Vladimir; PUIG PENA, Yamila y RODRIGUEZ ACOSTA, Mireida (2010). Rev Cubana Invest Bioméd [online]. 2010, vol.29, n.3, pp. 364-397. ISSN 1561-3011.
• “Molecular mechanisms of antibacterial multidrug resistance”. Alekshun, M.N., and Levy, S.B. (2007). DOI: 10.1016/j.cell.2007.03.004.
• “Human microbiomes and their roles in dysbiosis, common diseases, and novel therapeutic approaches". Frontiers in Microbiology. Belizário JE, Napolitano M. (2015); DOI: 10.3389/fmicb.2015.01050.
• “Biología de los microorganismos” Madigan, M.T., Martinko, J.M. y Parker, J. (1998) (8ª Ed.) Prentice Hall Iberia, Madrid. Cap. 21, 865-901.
• “Interactions among strategies associated with bacterial infection: pathogenicity, epidemicity, and antibiotic resistance”. Martinez, J. L. and Baquero, F. (2002). Clin. Microbiol. DOI: 10.1128/CMR.15.4.647-679.2002.
• “Molecular mechanisms that confer antibacterial drug resistance”. Walsh, C. (2000) DOI: 10.1038/35021219.

Edulcorantes: No es oro todo lo que reluce

¿Alguna vez has mirado la etiqueta de tu refresco favorito o de ese yogurt light? Si te fijas, verás que llevan una gran cantidad de edulcorantes para darles ese sabor dulce sin incluir azúcar en su composición. Pero... ¿te has preguntado alguna vez qué efectos tienen estos compuestos en nuestro cuerpo?

Lo primero que tenemos que saber es que estos compuestos se usan en lugar del azúcar para endulzar los alimentos por su bajo contenido en calorías. Por eso, seguramente, los habrás visto en alimentos “light” o dietéticos. Normalmente, el consumidor ve productos de este tipo o sin azúcar, y lo compra con la intención de bajar peso o llevar una dieta más saludable. Pero … ¿y si realmente esto no es lo que ocurre?

 Fórmula química de la sacarina  

Algunos estudios han revelado que edulcorantes artificiales como, por ejemplo, la sacarina, aumentan la lipogénesis y disminuyen la lipolisis. Esto quiere decir que lo que provocan en el cuerpo es una mayor síntesis y acumulación de grasa en tejido adiposo, a lo que se añade que favorecen que “quemes” menos grasa (aunque sea cierto que tienen menos calorías que el azúcar). Estos compuestos químicos pueden interactuar indiferentemente con dos receptores acoplados a proteína G diferentes en la membrana de la célula (T1R2 y T1R3). La interacción desencadena una cascada de señalización en la que se fosforila la proteína Akt y, finalmente, se activa el factor de transcripción Foxo1. Esto concluye en los efectos metabólicos que hemos mencionado antes.

Además de esto, estudios recientes han demostrado que el consumo de estos compuestos podría alterar la microbiota, pudiendo provocar una intolerancia a la glucosa. La microbiota engloba las bacterias que tenemos en nuestro cuerpo como, por ejemplo, las que se encuentran en la flora intestinal. Puede parecer que no son muy importantes, pero en los últimos años se ha visto que pueden determinar que una persona sea más delgada o no. Sabiendo esto, ya sí que nos preocupan más nuestros pequeños microbios.

  Nuestra microbiota afecta mucho más
de lo que pensamos a los
procesos biológicos

Sin embargo, estos estudios son aún controvertidos, debido a que existe la duda de si estos edulcorantes son los que causan esos problemas metabólicos o es que estos son consumidos en gran parte por personas con altos niveles de glucosa en sangre o con sobrepeso.

Otro dato a tener en cuenta es que, El País publicó recientemente una entrevista a la investigadora americana Dana Small. En ella, explicó cómo los edulcorantes pueden provocar desórdenes metabólicos: “El dulce significa energía, pero de repente el dulce no significa energía. ¿Qué produce eso? Cuando sientes el dulce, se producen una serie de respuestas como la salivación. Y ahí es donde empieza el metabolismo, que libera insulina, que ayuda a asimilar la energía”. Este proceso repetido diariamente podría desembocar en una resistencia a insulina, causa principal de la enfermedad conocida como diabetes mellitus de tipo 2.

Distribución geográfica de la diabetes mellitus tipo 2:
   Cuanto más se acerca al color rojo, mayor es la incidencia
en ese país

Aquellos que prefieran no comprobar el efecto de estos compuestos artificiales en su propio cuerpo, deben saber que existen alternativas más naturales como, por ejemplo, la Stevia. Puede que hayas oído hablar de ella en la televisión, cuando anuncian estos famosos zumos bajos en calorías o que lo hayas visto en el batido de chocolate que te ibas a tomar.

Nosotros sí que lo hemos visto y nos hemos preguntado si existen realmente diferencias entre este edulcorante natural y los artificiales que hemos visto anteriormente. Este compuesto se extrae de las hojas de la planta conocida como Stevia Rebaudiana Bertoni, que es nativa de América del Sur, donde se ha estado usando como edulcorante durante siglos.

Steviósido obtenido de la planta
Stevia Rebaudiana Bertoni

Investigando un poco, hemos encontrado que entre los beneficios de este edulcorante natural está su efecto diurético, pero quizás el que más nos ha impactado es el efecto sobre pacientes con diabetes mellitus de tipo 2. En esta enfermedad, los pacientes no secretan insulina, encargada de reducir los niveles de glucosa en sangre. La Stevia produciría un aumento de la secreción de insulina y una disminución de la glucosa, por lo que tiene grandes beneficios sobre estos pacientes. Esto es debido a que actúa sobre las células β del páncreas.

Otro de los beneficios es la acción antioxidante que posee, ya que es un captador de oxígeno y no tiene efectos secundarios tóxicos. Esto es debido a que las hojas contienen ácido fólico y compuestos de pirogalol.

 Algunas compañías han empezado
a añadir este compuesto
a sus productos 

Si aun así la Stevia no te convence por su relativa novedad y no te fías de los edulcorantes artificiales, siempre puedes añadir una cucharadita de miel a tus postres o a tu leche con cacao mañanera.

Esperamos que este post os haya gustado mucho y os haga reflexionar si realmente es tan sano todo lo que comemos. Tal vez deberíamos mirar más la información nutricional de los envases de los alimentos. Comentadnos y seguidnos en Twitter (@3biobloggers) para que no os perdáis ninguna entrega. 



Bibliografía:

• "Artificial sweeteners produce the counterintuitive effect of inducing metabolic derangements" Susan E. Swithers. DOI: 10.1016/j.tem.2013.05.005
• "Artificial Sweeteners Stimulate Adipogenesis and Suppress Lipolysis Independently of Sweet Taste Receptors" Becky R. Simon et al. DOI: 10.1074/jbc.M113.514034
• "Non-caloric artificial sweeteners and the microbiome: findings and challenges" Jotham Suez et al. DOI: 10.1080/19490976.2015.1017700
• "Stevia, Nature’s Zero-Calorie Sustainable Sweetener" Margaret Ashwell et al.  DOI: 10.1097/NT.0000000000000094
• http://elpais.com/elpais/2016/11/03/ciencia/1478190576_159601.html?id_externo_rsoc=FB_CM 
• http://www.scielo.org.pe/scielo.php?pid=S2077-99172014000300006&script=sci_arttext

1, 2, 3 ¡A correr! Y después …

Hacer deporte está de moda. Quien disfruta de ello, conoce esa sensación de felicidad que te invade después de salir a correr o de una buena sesión de gimnasio. Sin embargo, ese placer se desvanece a la mañana siguiente cuando te duelen músculos de tu cuerpo que ni sabías que existían.


El "running" es uno de los deportes
 que más adeptos ha ganado en los últimos años.

Sí, queridos lectores, ¡las famosas agujetas han aparecido! También se la conoce por otros nombres más usados en Medicina como mialgia diferida o dolor muscular de aparición tardía.

Quizá la teoría que más has oído sea que las agujetas eran producidas por la acumulación de cristales de ácido láctico que pinchan nuestro músculo produciéndonos esa sensación de dolor. El ácido láctico es una molécula que nuestro cuerpo produce a partir del metabolismo de azúcares cuando los niveles de oxígeno son bajos, en una reacción denominada fermentación láctica.


Fórmula del ácido láctico

Esta reacción se produce cuando el músculo necesita obtener mucha energía a una velocidad a la que el oxígeno, que transporta la sangre, no es capaz de llegar a tiempo al tejido. Esto ocurre durante un ejercicio de alta intensidad al que no estemos acostumbrados, por ejemplo. Sin embargo, se ha observado que aproximadamente una hora después de realizar un ejercicio intenso, nuestro cuerpo ha eliminado el ácido láctico producido. Por tanto, esta no parece ser la causa por la que nos visitan las agujetas. De hecho, otra evidencia que refuta la hipótesis de los cristales de ácido láctico ha sido un estudio realizado en pacientes que presentan la enfermedad de McArdle (basada en la incapacidad de producir ácido láctico, entre otros efectos), de modo que, al realizar un sobreesfuerzo físico, sufrían también este dolor muscular de aparición tardía que caracteriza a las agujetas.

Hoy en día, se sostiene que las agujetas se deben a la microrrotura de nuestras fibras musculares por las contracciones y la acumulación de tensión que estas experimentan. Esta tensión provoca una inflamación, que es la verdadera responsable del molesto dolor.


 Aquí podemos ver  las diferentes 
 estructuras del músculo esquelético:
músculo - fascículo muscular - fibra muscular

En este punto de la lectura te estarás preguntando qué es lo que puedes hacer para librarte de las agujetas. Seguro que lo primero que te ha venido a la mente es beber agua con azúcar, como te decía tu madre. Pero no, esa no es la solución. En teoría, este remedio casero serviría para disolver los cristales de ácido láctico pero puesto que esta no es la causa del dolor, no tendrá ningún efecto.

Tambien habrás escuchado que las agujetas desaparecen haciendo más deporte. Sorprendentemente, ¡esta creencia popular sí es cierta!  Pero hay que tener en cuenta que el efecto analgésico es temporal, bien debido a las endorfinas (conocidas como la hormona de la felicidad) o bien a la eliminación de toxinas por un aumento del flujo sanguíneo que se producen durante el ejercicio.

Actualmente, algunos de los métodos para paliar este dolor muscular de aparición tardía son la utilización de fármacos antinflamatorios no esteroideos (cuya eficacia depende de la dosis y del tiempo pasado tras el ejercicio), así como los masajes. Estos fármacos como el ibuprofeno inhiben la síntesis de prostaglandinas, moléculas implicadas en el desarrollo de esta inflamación.

Se han probado que, con otros métodos, como la aplicación de ultrasonidos,  el “stretching” que reduce la tensión en los tendones o la crioterapia que consiste en aplicar frío sobre el músculo, no hay un alivio del dolor significativo.

Sin duda, el mejor método o consejo para no padecer las agujetas es empezar a hacer deporte poco a poco e ir aumentando progresivamente la intensidad. No es conveniente hacer un cambio brusco del sedentarismo a deportes de alta intensidad.

Esperamos que os haya gustado este post y recordad: que las agujetas no os paren en esta carrera que es la vida, cuya meta es ¡seguir adelante y comerse el mundo!

Bibliografía:

• "Ejercicio terapeútico. Fundamentos y técnicas", Carolyn Kisner, Lynn A. Colby.
•  https://www.ncbi.nlm.nih.gov/biosystems/139696.
• "Manual de cirugía ortopédica y traumatología". Escrito por Francisco Forriol Campos, Sociedad Española de Cirugía Ortopédica y Traumatología.
• "Delayed Onset Muscle Soreness. Treatment Strategies and Performance Factors". Karoline Cheung et al. DOI: 10.2165/00007256-200333020-00005.
• "Unique Exercise Lactate Profile in Muscle Phosphofructokinase Deficiency (Tarui Disease); Difference Compared with McArdle Disease". Päivi Piirilä et al., 2016. DOI: 10.3389/fneur.2016.00082.