Los fundamentos de la resistencia a antimicrobianos

Nuria García-Fernández

Introducción

De acuerdo a su etimología, los antimicrobianos son sustancias contra la vida de los microorganismos (la palabra antimicrobiano viene del griego “anti”, que significa “en contra de”, “mikros” que significa “pequeño”, y “bios” que significa “vida”). Estos compuestos son utilizados para tratar las enfermedades infecciosas humanas y animales. Médicos, veterinarios y pacientes comúnmente se refieren a ellos como “antibióticos”. Sin embargo, los términos antimicrobiano y antibiótico no son sinónimos. El sustantivo antibiótico, lo usó por primera vez en 1889 el biólogo francés Paul Vuillemin para describir la destrucción de un organismo por otro, pero el término fue introducido en 1941 por el microbiólogo Selman A. Waksman, galardonado posteriormente con el premio Nobel, quien definió antibiótico como una sustancia producida por microorganismos que tiene la capacidad, en disolución, de inhibir selectivamente el crecimiento e incluso destruir a otros microorganismos^14,22,26. Por tanto, de acuerdo a esta definición, el término antibiótico solo se refiere a sustancias de origen microbiano que actúan sobre otros microorganismos, y no a compuestos sintéticos (como, por ejemplo, las sulfonamidas o las quinolonas), semisintéticos (la amoxicilina o la amikacina, entre otros), de origen vegetal (como los alcaloides), o de origen animal (la lisozima, entre otros), ni tampoco a las sustancias que son activas frente a células animales (como, por ejemplo, las drogas anticancerígenas).

Los antimicrobianos que se administran sistemáticamente a los humanos y animales deben presentar toxicidad selectiva, es decir, afectar solo a los microorganismos patógenos y no al hospedador. En esta toxicidad selectiva está implicado el mecanismo de acción de cada sustancia. Los antimicrobianos más selectivos son los que afectan a estructuras bacterianas, por ejemplo, la pared celular bacteriana o a rutas metabólicas, como la síntesis de ácido fólico, que no estén presentes en las células eucariotas. De este modo, los antimicrobianos que actúan sobre el ADN, como, por ejemplo, los nitrofuranos o los nitroimidazoles, frecuentemente provocan también efectos tóxicos en el hombre y en los animales. Los biocidas, desinfectantes y antisépticos, como los compuestos de amonio cuaternario, por el contrario, se aplican sobre los objetos y superficies debido a que son tóxicos tanto para los procariotas como para los eucariotas.

Antes de que se desarrollaran los antimicrobianos, había una elevada mortalidad por infecciones bacterianas causadas por microorganismos como el Staphylococcus aureus, Streptococcus pyogenes o Mycobacterium tuberculosis. La introducción de los antimicrobianos redujo drásticamente las muertes por estas infecciones, pero no solucionó totalmente el problema de la prevalencia de estas enfermedades²³. El entusiasmo por los nuevos antimicrobianos descubiertos, y la desilusión por la aparición de resistencia de las bacterias a los antimicrobianos, se han ido alternando desde la introducción de la quimioterapia antibacteriana en torno al año 1940. Esta preocupación se agudiza aún más al detectar frecuentemente microorganismos multirresistentes en pacientes enfermos en estado crítico.

Durante los últimos años, se han dilucidado muchos de los mecanismos moleculares por los que se produce la resistencia bacteriana frente a los antimicrobianos, mejorándose notablemente la comprensión de las bases genéticas de la multirresistencia²⁵.

Resistencia a los antimicrobianos

La resistencia puede definirse bajo múltiples criterios (genéticos, microbiológicos, bioquímicos y clínicos) que no siempre se superponen, pero las definiciones más comunes están basadas en criterios microbiológicos (in vitro) y clínicos (in vivo)¹. De acuerdo a la definición microbiológica, una cepa es resistente si crece a concentraciones altas de la droga antimicrobiana en comparación a cepas relacionadas filogenéticamente. Por tanto, la resistencia no es una propiedad que pueda ser determinada estudiando una única cepa, sino que solamente puede ser tenida en cuenta al comparar dos o más cepas de la misma especie bajo las mismas condiciones.

De acuerdo a la definición clínica, se produce la resistencia cuando el crecimiento de una población bacteriana no se inhibe a la concentración del antimicrobiano que se obtiene en el lugar de la infección tras su administración en dosis terapéuticas^3,18. In vivo una cepa puede ser sensible o resistente dependiendo de su localización, dosis y vía de administración, distribución en los tejidos y el estado inmunitario del individuo que se está tratando. A veces el antimicrobiano no es capaz de penetrar en el sitio donde se encuentra el patógeno, como ocurre, por ejemplo, en el caso de abscesos fibróticos, o no es activo bajo determinadas condiciones físico‐químicas del sitio de la infección (alteraciones en el pH o en la concentración de oxígeno).

La resistencia puede ser cuantificada bajo condiciones de laboratorio determinando la CMI (Concentración Mínima Inhibitoria) de una determinada sustancia, siendo la menor concentración que es capaz de inhibir completamente el crecimiento de una cepa bacteriana.

Una cepa se define como resistente, moderada o sensible dependiendo del punto de ruptura o break point (microbiológico o clínico). Los break points se utilizan en investigación cuando el propósito del estudio es llevar a cabo un seguimiento de la resistencia en poblaciones bacterianas e identificar la aparición de nuevos fenotipos de resistencia. Los break points clínicos o farmacológicos se calculan considerando parámetros in vivo como la distribución de las bacterias en el hospedador, criterios farmacocinéticos y farmacodinámicos de la sustancia y la correlación de la CMI con el resultado clínico final.

Aparición de resistencia

En los primeros años del siglo XX, cuando Paul Ehrlich anunció la eficacia del salvarsán para el tratamiento de la sífilis, muchos pensaron que la victoria contra las enfermedades infecciosas estaba cercana⁵. Nada más lejos de la realidad. La aparición de resistencias ha sido una constante hasta hoy, y es una característica más de la capacidad de adaptación de los microorganismos, existiendo por tanto antes del uso farmacológico de los antimicrobianos⁸. El uso indiscriminado e inadecuado de estos compuestos ha acelerado la selección de microorganismos resistentes. Hay que destacar en este punto que los antimicrobianos actúan como modificadores ambientales, inhibiendo o destruyendo las bacterias sensibles, pero no afectando a los pocos individuos que por mutación espontánea o transferencia génica hayan adquirido un gen (o un alelo) que confiera resistencia. Estos individuos se multiplican y prevalecen. Los mecanismos de resistencia así seleccionados serán retenidos por la célula y transmitidos a su vez verticalmente y/u horizontalmente, según cada caso. El escaso tiempo de generación de las bacterias, unido al potencial para mutar y para intercambiar material genético, hacen que se creen con rapidez poblaciones resistentes, que serán seleccionadas con el uso de antimicrobianos específicos.

Para combatir una infección es necesario que la dosis administrada del antimicrobiano sea la apropiada, ya que una concentración por debajo de la mínima inhibitoria puede ejercer una presión selectiva significativa que favorezca la aparición de resistencias, debida a mutaciones o a su adquisición por transferencia entre bacterias¹⁵. Sorprendentemente, en un estudio se concluyó que el 40 % de los antimicrobianos prescritos para infecciones en atención primaria y el 30 % en hospitales son inadecuados¹⁶. En este sentido se debe considerar que un uso racional de los antimicrobianos exige valorar la frecuencia de aparición de la resistencia en las especies bacterianas de importancia clínica.

Resistencia en bacterias de origen animal

El uso de antimicrobianos en animales puede reducir sustancialmente la eficacia del arsenal antimicrobiano a la hora de tratar infecciones humanas. En algunos casos ya hay pocas o ninguna sustancia eficaz para tratar infecciones por patógenos resistentes^7,12.

En medicina veterinaria, paralelamente a lo que ocurría en medicina humana, los antimicrobianos comenzaron a ser utilizados en la década de 1950 para el tratamiento de los animales enfermos, e incluso a veces para tratar animales asintomáticos que convivían con los enfermos (tratamientos profilácticos en grupo). En esa época se descubrió que alimentando cerdos con desechos de fermentación de tetraciclinas se aceleraba su crecimiento, mejorando los índices de conversión. Este es el inicio histórico del uso de antimicrobianos como promotores del crecimiento, que consiste en añadir cantidades subterapéuticas de estas sustancias a los alimentos. Los grupos de antimicrobianos que se utilizaban para este fin eran penicilinas y tetraciclinas. Años después, comenzó a surgir preocupación por la aparición de cepas resistentes a estos antimicrobianos en salmonelas aisladas a partir de terneros con enfermedad respiratoria. A pesar de ello, los buenos resultados que se obtienen han favorecido que se continúen usando hasta nuestros días, con importantes variaciones en cuanto a la permisividad de las legislaciones de cada país, lo que ha generado durante los últimos años una intensa discusión sobre los riesgos que estas prácticas acarrean.

Existe una gran variedad de antimicrobianos usados como promotores del crecimiento en diferentes países, y se debe disponer de la información sobre cantidades y tipos de sustancias para poder completar la que procede de los tratamientos terapéuticos, administrados siempre bajo prescripción médica o veterinaria y, por tanto, fácilmente controlables, para poder completar mapas sobre la circulación de estas sustancias que ayuden a prevenir y a combatir el problema de las resistencias⁶.

Un buen comienzo fue la prohibición por la Unión Europea del empleo no terapéutico de antimicrobianos de uso en medicina humana, como penicilinas, tetraciclinas y estreptograminas. En Dinamarca fue posible reducir considerablemente el uso de antimicrobianos para animales de consumo y se han conseguido disminuciones generales en la resistencia. Así, en su informe para la Organización Mundial de la Salud, Dinamarca declaró que este hecho redujo drásticamente los reservorios de enterococos resistentes a estos promotores del crecimiento, disminuyendo por tanto las unidades génicas circulantes que codifican resistencia a varios de los antimicrobianos clínicamente importantes en humanos. Además, hay alguna indicación que parece asociar el desuso de los promotores de crecimiento con el declive de la resistencia a estreptograminas en los aislados de Enterococcus faecium en humanos. En cambio, parece ser que la resistencia a eritromicina en E. faecium aumentó, lo que podría ser reflejo del aumento del uso terapéutico de tilosina (otro macrólido), aunque se considera este hecho menos alarmante, ya que no es el antimicrobiano de elección en infecciones enterocócicas en humanos. En estos casos, las sustancias de elección incluyen ampicilina, amoxicilina, vancomicina, estreptograminas y linezolid².

Tipos de resistencia de las bacterias a los antimicrobianos

Se diferencian tres tipos de resistencia de las bacterias a los antimicrobianos: intrínseca o constitutiva, ambiental y adquirida. La primera de ellas se refiere al hecho de que hay bacterias naturalmente resistentes a los antimicrobianos por carecer de los mecanismos o dianas celulares que estos requieren para ejercer su acción antibiótica. Es el caso de los microorganismos pertenecientes a la familia Enterobacteriaceae y su resistencia intrínseca a la vancomicina, así como también es el caso de las micoplasmas y su resistencia a los β‐lactámicos, las bacterias Gram positivas frente a la polimixina B, o de muchos anaerobios frente a los aminoglucósidos. Por el contrario, la resistencia ambiental depende de factores físico‐químicos del medio. Así, en determinadas condiciones ambientales (por ejemplo, a concentraciones elevadas de algunas sales) un microorganismo puede expresar mejor su resistencia a un antimicrobiano. Se considera que la capa de mucopolisacárido (slime) que crean algunos microorganismos para protegerse es una forma de resistencia ambiental, ya que dificulta el contacto del antimicrobiano con la bacteria.

Por último, la resistencia adquirida se basa en variaciones genéticas, y puede darse por mutación (sustitución, deleción o inserción) o por transferencia de material genético. Esta resistencia es muy importante en las enterobacterias, y es cada vez más frecuente en los patógenos Gram negativos como Bordetella, Haemophilus, Pasteurella y Pseudomonas. También se ha identificado este tipo de resistencia en la población microbiana comensal en el tracto digestivo del hombre y los animales. La gravedad del problema se acrecienta si la resistencia persiste aun cuando la presión selectiva desaparece, ya que la población bacteriana sirve entonces como reservorio de genes de resistencia que mantienen su potencial a lo largo del tiempo. En los procesos de transferencia horizontal de material genético es frecuente que se transmita resistencia conjunta frente a varios antimicrobianos, al estar los genes involucrados asociados al mismo elemento genético móvil, lo que facilita su coselección en ausencia de presión selectiva. La resistencia adquirida por intercambio genético puede transmitirse vertical u horizontalmente, resultando en un problema sanitario de gran magnitud.

Los principales mecanismos moleculares por los que se produce la resistencia frente a los antimicrobianos son:

1. su inactivación enzimática,
2. la disminución de su concentración intracelular y
3. la existencia de modificaciones de la diana del antimicrobiano^3,18. La hidrólisis e inactivación de los compuestos β‐lactámicos mediante la acción de las β‐lactamasas constituye uno de los paradigmas de la resistencia adquirida frente a los antimicrobianos.

La expresión de estas enzimas se puede producir por activación de genes endógenos, o mediante transferencia génica desde otras especies bacterianas. Por otro lado, la modificación estructural de proteínas de membrana puede dificultar la entrada o facilitar la salida del antimicrobiano, disminuyéndose su concentración efectiva y produciéndose la resistencia. Finalmente, las modificaciones en las dianas sobre las que actúan ciertos antimicrobianos, como las proteínas que sintetizan la pared celular bacteriana, ciertas proteínas ribosómicas y la ADN girasa, generan resistencia frente a β‐lactámicos, macrólidos o quinolonas, respectivamente.

Transferencia de la resistencia a los antimicrobianos

Hay estudios que prueban la existencia de transferencia de genes de resistencia mediante plásmidos o transposones conjugativos entre bacterias de origen animal. La primera evidencia de estos últimos se obtuvo en 1982, cuando se describió la transferencia de resistencias a clindamicina y a tetraciclina en una cepa de B. fragilis, sin estar involucrado ningún plásmido¹¹. Otros estudios han mostrado la transferencia de plásmidos confiriendo resistencia frente a antimicrobianos entre microorganismos del género Lactococcus aisladas de la población microbiana de roedores²⁴. Se ha demostrado también la transferencia de estos genes desde enterococos del sistema digestivo de ratones a humanos¹³. De hecho, hasta hace poco tiempo, los estudios de la movilización y transferencia horizontal de genes de resistencia se centraban en los patógenos bacterianos, pero ahora este enfoque parece muy limitado, ya que la población microbiana del colon podría estar jugando un papel clínico relevante, actuando como reservorio de determinantes de resistencia frente a los antimicrobianos. Normalmente se considera que cuando dos genes son virtualmente idénticos (porcentaje de identidad > 95 %) procediendo de bacterias que no están estrechamente relacionadas (géneros y especies diferentes) deben haber sido transferidos horizontalmente^20,21.

Las bacterias resistentes a múltiples antimicrobianos no están restringidas a ambientes clínicos, ya que también se han aislado fácilmente de muestras ambientales y alimentos^4,17. La idea de que el ambiente hospitalario es un compartimiento cerrado y de que la resistencia a los antimicrobianos surge en los pacientes dentro del hospital parece ser incorrecta. Al menos en un cierto número de casos se ha probado la movilización de genes de resistencia, así como de las propias bacterias resistentes, entre diferentes ambientes. Para evaluar este problema se deben identificar los factores que contribuyen a la resistencia, que son los propios antimicrobianos, así como las características de la resistencia. La plasticidad genética que poseen las bacterias ha contribuido a la eficiencia con que ha emergido la resistencia a los antimicrobianos, sin embargo, no habría consecuencias si no existiera una presión selectiva derivada del uso masivo de antimicrobianos¹⁰.

La enorme capacidad de transferencia horizontal de material genético en las bacterias queda demostrada por trabajos recientes, en los que se ha conseguido transferir mediante transformación con polietilen‐glicol el ADN desnudo conteniendo el genoma completo de una especie bacteriana (Micoplasma mycoides) a otra especie (Micoplasma capricolum). Las células transformadas, que fueron seleccionadas por resistencia a la tetraciclina, contienen el genoma completo del donante, carecen totalmente de secuencias genómicas detectables de la cepa receptora y son fenotípicamente idénticas a las del donante según varios criterios⁹.

Estrategias para combatir el problema de la resistencia

El problema de la resistencia frente a los antimicrobianos es tan serio, en particular en infecciones adquiridas nosocomialmente, que se están diseñando estrategias para prevenir su aparición. El Centro de Control de Enfermedades de los Estados Unidos (CDC) ha diseñado una estrategia que comprende cuatro grandes ejes: prevención de infecciones, diagnóstico y tratamiento eficaz de las infecciones, uso adecuado de antimicrobianos y prevención de la transmisión y contención de casos resistentes. La Sociedad de Infecciones Quirúrgicas (SIS) ha publicado, en colaboración con el CDC, un documento donde detalla los puntos de cada uno de estos grandes ejes de prevención de resistencia a antimicrobianos¹⁹.

Durante muchas décadas, la primera línea de defensa contra la resistencia bacteriana ha sido el desarrollo de nuevos antimicrobianos. Sin embargo, no es probable que hasta dentro de muchos años se disponga de nuevas sustancias que puedan ser utilizadas contra microorganismos que han resultado resistentes a terapias previas, y cualquier nuevo antibiótico que surja está destinado a una vida breve si no se respetan las pautas para un uso prudente. El mal uso o el abuso de los nuevos antimicrobianos de amplio espectro ha acelerado el problema. Por todo esto, queda claro que se debe mejorar el empleo antimicrobiano para lidiar con los microrganismos multirresistentes, tanto nosocomiales como de la comunidad.

Para reducir el problema de la resistencia antimicrobiana, el clínico debe concentrar sus esfuerzos no solo en evitar el uso erróneo o excesivo de los antimicrobianos, sino también concentrarse en factores adicionales que contribuyen a la resistencia, tales como el lavado de manos y otras medidas de control de infecciones. Sin embargo, es preciso que participen todas las personas implicadas en el uso de antimicrobianos. Las comisiones reguladoras, especialistas en enfermedades infecciosas, los médicos de la comunidad, así como los veterinarios, debemos unirnos para liderar la promoción del uso correcto de los antimicrobianos. Sin una actuación agresiva, tal vez nos enfrentemos a una crisis de salud pública y se regrese a la era preantibiótica.

Desgraciadamente, con los datos de que se disponen actualmente, no se puede asegurar que la limitación en el uso de antimicrobianos vaya a revertir las resistencias actuales, ni siquiera que se detenga la evolución de las bacterias hacia nuevos tipos de resistencia. Lo que sí está claro es que se necesitan estudios coordinados en diferentes partes del mundo que empleen la misma metodología, para una mejor monitorización del proceso de desarrollo o reversión de resistencias, en función del tiempo, lo que ayudará a tomar las decisiones adecuadas.

Sobre el autor

Nuria García-Fernández es la Gerente de Investigación en el Dairy Knowledge Center. Tiene un DVM y un doctorado en ciencias biológicas (especialización en fabricación de productos lácteos) y tiene una amplia experiencia en diagnósticos veterinarios y pruebas de susceptibilidad antimicrobiana. Ha realizado estudios de investigación sobre diagnóstico molecular, genes de resistencia a los antimicrobianos y el uso de enzimas en la limpieza de biopelículas en membranas de separación de productos lácteos. nuria@dairykc.com

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