La bacteria del microbioma 'superhéroe' protege contra los síntomas mortales durante la infección

La bacteria del microbioma 'superhéroe' protege contra los síntomas mortales durante la infección

El equipo de Salk encuentra E. coli en un microbioma capaz de proteger el cuerpo de enfermedades infecciosas y puede ayudar a prevenir superbacterias resistentes a los antibióticos

LA JOLLA–A medida que aumenta la preocupación por las cepas mortales de bacterias 'superbacterias' resistentes a los antibióticos, los científicos del Instituto Salk ofrecen una posible solución al problema: bacterias 'superhéroes' que viven en el intestino y se trasladan a otras partes del cuerpo para aliviar los efectos secundarios potencialmente mortales causados ​​por infecciones.

En un artículo publicado el 30 de octubre de 2015 en Ciencia:, los investigadores de Salk informaron haber encontrado una cepa de microbioma Escherichia coli bacterias en ratones capaces de mejorar la tolerancia de los animales a las infecciones de los pulmones y los intestinos mediante la prevención de la emaciación, una pérdida común y potencialmente mortal de tejido muscular que ocurre en infecciones graves. Si se encuentra una cepa protectora similar en humanos, podría ofrecer una nueva vía para contrarrestar el desgaste muscular, que afecta a los pacientes que sufren de sepsis e infecciones adquiridas en el hospital, muchas de las cuales ahora son resistentes a los antibióticos.

Los científicos de Salk encontraron una cepa de E. coli bacterias (izquierda) que fueron capaces de detener la pérdida de masa muscular en ratones infectados con Salmonella, Typhimurium (derecha) y Burkholderia thailandensis (centrar).

Haga clic aquí para una imagen de alta resolución.

Imagen: Cortesía del Instituto Salk de Estudios Biológicos

“Los tratamientos para las infecciones se han centrado durante mucho tiempo en erradicar el microbio agresor, pero lo que realmente mata a las personas no son las bacterias en sí mismas, sino el daño colateral que le causa al cuerpo”, dice Janelle Ayres, profesor asistente de Salk en la Laboratorios de Inmunobiología y Patogénesis Microbiana de la Fundación Nomis e investigador principal del estudio.

“Nuestros hallazgos sugieren que prevenir el daño, en este caso la pérdida de masa muscular, puede evitar los aspectos más peligrosos de una infección”, agrega. “Y al no intentar matar al patógeno, no se fomenta la evolución de las cepas letales resistentes a los antibióticos que están matando a personas en todo el mundo. Podríamos ser capaces de luchar contra las superbacterias con insectos 'superhéroes'”.

Los antibióticos, que alguna vez fueron los medicamentos más poderosos y revolucionarios, parecen haber llegado a sus límites, debido a la capacidad de las bacterias para desarrollar rápidamente resistencia a los medicamentos. El aumento de la resistencia a los antibióticos presenta una grave amenaza para las personas en todo el mundo, ya que las enfermedades que antes se controlaban fácilmente repelen todos los intentos de tratamiento. Un estudio reciente encontró que hasta la mitad de las bacterias que causan infecciones en los hospitales de EE. UU. después de una cirugía son resistentes a los antibióticos estándar.

Solo en los Estados Unidos, dos millones de personas se infectan anualmente con bacterias resistentes a los antibióticos y al menos 23,000 XNUMX personas mueren cada año como resultado directo de estas infecciones, según los Centros para el Control de Enfermedades de EE. UU.

Michelle Lee, Alexandria Palaferri Schieber y Janelle Ayres

Haga clic aquí para una imagen de alta resolución.

Imagen: Cortesía del Instituto Salk de Estudios Biológicos

"Los antibióticos fueron un gran paso para la medicina, pero ese modelo de matar bacterias con medicamentos claramente tiene sus debilidades", dice Alexandria Palaferri Schiebe, investigadora asociada en el laboratorio de Ayres y coautora del nuevo artículo. “La mayoría de los investigadores están buscando nuevos antibióticos, pero esto alimenta la carrera armamentista entre los médicos y las bacterias. Centrarse en la tolerancia a la enfermedad (prevenir el daño causado por la enfermedad) en lugar de la erradicación microbiana es un nuevo paradigma de la terapia para las enfermedades infecciosas”.

Con la esperanza de encontrar nuevos métodos para contrarrestar las infecciones, el equipo de Ayres recurrió al microbioma, la comunidad de microbios que viven, por lo general en armonía, dentro de nuestros cuerpos. En el cuerpo humano, los microbios superan en número a las células en una proporción de 10 a 1 y representan hasta el 3 por ciento del peso corporal. A pesar de esto, se sabe relativamente poco sobre cómo estos pequeños pasajeros interactúan con nuestro desarrollo, metabolismo y sistema inmunológico.

Ayers comenzó a estudiar la tolerancia a las enfermedades cuando era estudiante de posgrado, con la hipótesis de que el microbioma intestinal podría contener bacterias que podrían proteger contra el daño causado por las infecciones. “Hay mucha evidencia que apoya esta idea, pero hasta ahora nadie había identificado tal cepa o mostrado el mecanismo por el cual una bacteria proporcionaría tolerancia a la enfermedad”, dice Ayres.

El equipo de Salk identificó una población de ratones de laboratorio que parecían resistentes al desgaste muscular. Al comparar la composición del microbioma intestinal de estos ratones con ratones que carecían de resistencia, el equipo identificó una cepa de E. coli que estaba presente solo en los ratones resistentes a la emaciación. Cuando a los ratones normales se les administró un tratamiento oral de este beneficioso E. coli cepa, adquirieron la capacidad de mantener su masa muscular y grasa durante las infecciones intestinales de la bacteria Salmonella, Typhimurium y neumonía causada por la bacteria Burkholderia thailandensis.

El siguiente paso fue averiguar cómo las bacterias conferían esta tolerancia a los ratones. Colaborando con el laboratorio de Salk Professor ronald evans, el equipo de Ayres descubrió que durante una infección por la bacteria patológica, el E. coli salió del intestino y se trasladó a los tejidos grasos para inducir respuestas protectoras que nutren los músculos.

Normalmente, los ratones con infecciones pulmonares e intestinales ven una caída en una hormona conocida como factor de crecimiento similar a la insulina 1 (IGF-1), una molécula que le indica al cuerpo que retenga la masa muscular. Pero el protector E. coli activó la vía del IGF-1 en los tejidos grasos, manteniendo los niveles normales de IGF-1 y manteniendo el músculo del animal a pesar de las infecciones patogénicas.

El equipo de Salk descubrió además que el E. coli La cepa estaba activando la vía de mantenimiento del músculo IGF-1 a través de un intermediario, un complejo molecular en las células conocido como inflamasoma. Como parte del sistema inmunitario innato del cuerpo, el inflamasoma responde a una infección provocando inflamación en el área infectada para destruir los microbios agresores. El E. coli usó este mismo sistema de alarma para decirle al cuerpo que mantenga los niveles de IGF-1 y, por lo tanto, la masa muscular.

Queda por ver si un "superhéroe" microbiano de este tipo podría acudir al rescate de los humanos con infecciones. El equipo de Ayres actualmente está estudiando cuánto tiempo E. coli cepa puede contener los patógenos y si el sistema inmunológico del cuerpo eventualmente erradicará las bacterias dañinas por completo. También están comenzando a examinar si tal microbio existe en humanos.

“Todavía hay mucho que debemos entender, pero esta es una señal muy prometedora de que los microbios podrían usarse como medicina”, dice Ayres. "Puede ofrecer una vía completamente nueva para el tratamiento de infecciones, incluso aquellas que son resistentes a los antibióticos, al mismo tiempo que previene el aumento de nuevas cepas resistentes".

La investigación fue apoyada por el Los Institutos Nacionales de Salud, la Fundación NOMIS, la Fundación Académica Searle, la Fundación Ray Thomas Edward, la Leona M. y Harry B. Helmsley Charitable Trust, la Fundación de Investigación del Cáncer Samuel Waxman, Ipsen Biociencia y Instituto Médico Howard Hughes.

Otros colaboradores de la investigación fueron Max Chang, Mathias Leblanc, Brett Collins y Michael Downes, todos del Instituto Salk.