Las personas que viven con fibrosis quística (FQ) pasan toda su vida luchando contra las infecciones pulmonares crónicas que son notoriamente resistentes a la terapia con antibióticos. Sin embargo, un enfoque único para eliminar a la bacteria problemática podría no ser la mejor vía para todos los pacientes con la enfermedad, según un nuevo estudio realizado por investigadores de la Escuela de Medicina y la Escuela de Farmacia y Ciencias Farmacéuticas de la Universidad de California en San Diego, en Estados Unidos.
En cambio, los investigadores descubrieron que ajustar otros factores en un modelo de pulmón de FQ, como el equilibrio del pH y el oxígeno, ayudó a erradicar las bacterias patógenas al tiempo que se minimizaron los riesgos de resistencia a los antibióticos y el crecimiento excesivo de otros microorganismos, según se informa en un artículo publicado en
'Science Advances'.
'Pensamos en los antibióticos como causantes de una 'tierra quemada', simplemente limpiando una parte desconocida de bacterias sanas y, con suerte, malas. Pero en realidad tenemos una comprensión pobre de lo que sucede con su microbiota cuando las personas toman antibióticos, tanto personas sanas como personas con fibrosis quística', dice el profesor en la Escuela de Farmacia y Ciencias Farmacéuticas Skaggs y los departamentos de Farmacología y Pediatría en la Facultad de Medicina Pieter Dorrestein.
Dorrestei, también miembro del Centro para la Innovación de Microbiomas en UC San Diego, dirigió el estudio con Robert Quinn, que era un científico asistente del proyecto en la Universidad de California en San Diego en el momento del estudio y ahora es profesor asistente en la Universidad Estatal de Michigan, Estados Unidos.
Debido al defecto genético que subyace a la FQ, se forma una mucosidad espesa y pegajosa en los pulmones de los pacientes con FQ y el moco ayuda a los microorganismos a prosperar. Una bacteria especialmente problemática, 'Pseudomonas aeruginosa', también forma una biopelícula en el pulmón, que dificulta la penetración del sistema inmunitario y de los antibióticos.
Estas infecciones pulmonares son un problema serio y crónico para muchas personas que viven con FQ. Actualmente, las infecciones se gestionan en gran parte por ensayo y error con una combinación de antibióticos, antifúngicos y moléculas antiinflamatorias.
Tipos de gérmenes pulmonares en función de gradientes de pH y oxígeno
En la investigación biomédica, los científicos generalmente estudian las infecciones bacterianas mediante el análisis de un tipo específico de bacteria, como 'P. Aeruginosa', y tal vez sus interacciones con las células humanas. Pero los antecedentes de Quinn están en la microbiología ambiental. Él observa el pulmón de la FQ como un todo, viviendo en un ambiente único en el que una bacteria en particular no funciona sola, sino que interactúa con otros microbios en la comunidad, las células humanas que forman el pulmón, así como otras moléculas, productos químicos y metabolitos, y todo lo cual se comporta como un ecosistema.
Entonces, Quinn se acercó a los pulmones como lo haría con cualquier otro entorno, como el suelo o el agua del océano. Desarrolló un sistema que él llama WinCF, bautizado así en parte por el ecólogo microbiano del siglo XIX Sergei Winogradsky. Winogradsky inventó un sistema de gradiente para estudiar microbios en el suelo. Del mismo modo, el sistema WinCF de Quinn proporciona gradientes de pH y oxígeno que imitan los tubos estrechos que forman los bronquiolos de los pulmones humanos.
Quinn y su equipo recogieron muestras de esputo de 18 pacientes con fibrosis quística y las aplicaron al sistema WinCF en su laboratorio. Entonces, alteraron factores como el pH, los niveles de oxígeno y los antibióticos para mapear aproximadamente 600 afecciones pulmonares de la fibrosis quística.
Como resultado de estos gradientes de pH y oxígeno, los investigadores encontraron que los microbios en los pulmones se dividen en dos comunidades distintas: patógenos conocidos, microbios que pueden causar problemas de salud, que viven en regiones ricas en oxígeno y pH alto y anaerobios, microbios que prosperan en áreas con poco oxígeno y bajo pH.
'Esta estratificación es importante porque puede afectar a los tratamientos para pacientes con fibrosis quística --destaca Quinn--. Por ejemplo, ciertas bacterias pueden sobrevivir al tratamiento con antibióticos porque pueden esconderse más profundamente en el moco del pulmón. Mientras tanto, las bacterias que mueren pueden abrir espacio para que otros microbios crezcan, creando potencialmente un nuevo conjunto de problemas'.
Eso es lo que vieron los investigadores cuando agregaron el antibiótico anti-P. aeruginosa tobramicina a la parte superior del cultivo en su modelo WinCF, simulando la inhalación en una vía aérea con bronquiolos obstruidos por mucosidad, como ocurre en la fibrosis quística.
Los antibióticos provocan cambios drásticos en la composición microbiana del sistema. Algunas especies bacterianas fueron asesinadas en todas las regiones de la columna, algunas murieron en las capas más altas y ricas en oxígeno, pero sobrevivieron a profundidades más bajas, mientras que otras continuaron prosperando en la profundidad más baja.
Quinn dice que se sorprendió especialmente al ver surgir proliferaciones de hongos 'Aspergillus' en las regiones previamente ocupadas por las bacterias muertas. La aspergilosis, la infección causada por este hongo, no es poco común en pacientes con fibrosis quística tratados con antibióticos. No solo el antibiótico cambió el equilibrio microbiano en el modelo de pulmón de fibrosis quística, sino que la estructura química del antibiótico en sí fue modificada por los microbios. Esta alteración podría ayudar a las bacterias a resistir su efecto.
