La evolución bacteriana no siempre sigue el camino más ventajoso, sino el más fácil
CIENCIAS DE LA VIDA.
Este hallazgo tiene implicaciones directas para la resistencia a antibióticos, ya que bacterias que evolucionan por rutas distintas pueden volverse más o menos vulnerables a otros fármacos de formas difíciles de predecir.
Laboratorio en el CNB-CSIC. / CSIC.
Un estudio publicado en Nature Communications muestra que la facilidad con la que aparecen las mutaciones bacterianas puede cambiar el rumbo de la adaptación. Liderado por Alejandro Couce, investigador del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) en el Centro Nacional de Biotecnología (CNB-CSIC) y la Universidad Politécnica de Madrid (UPM), el trabajo muestra que la evolución no siempre premia al más apto.
A veces, lo que define el rumbo de una bacteria no es qué mutación es más ventajosa, sino cuál aparece primero. Las tendencias mutacionales —es decir, qué mutaciones surgen con más facilidad — pueden determinar qué rutas evolutivas siguen las bacterias, con consecuencias que van mucho más allá del entorno en el que se producen.
Qué son las tendencias mutacionales.
Cuando una bacteria se reproduce y copia su material genético, el proceso no es perfecto. A veces comete errores, introduciendo mutaciones en sus genes. Algunas son beneficiosas para la bacteria—por ejemplo, le permiten sobrevivir a un antibiótico—, otras son perjudiciales, y la mayoría son irrelevantes. La selección natural favorece las beneficiosas: las bacterias que las tienen sobreviven y se reproducen más.
El problema es que no todos los errores tienen la misma probabilidad de ocurrir. La maquinaria que copia el ADN tiene sus propias tendencias. Ciertos cambios ocurren con mucha más frecuencia que otros, dependiendo del contexto genético de la bacteria, de su metabolismo o de factores externos como la radiación ultravioleta, algunos contaminantes o ciertos fármacos.
"Estas tendencias, que llamamos sesgos mutacionales, pueden cambiar el rumbo de la evolución de manera mucho más general de lo que se pensaba hasta ahora y además, tiene consecuencias funcionales importantes", explica Couce.
Dos cepas, el mismo antibiótico.
Para demostrarlo, el equipo creció dos cepas de Escherichia coli con tendencias mutacionales distintas—la bacteria más estudiada en laboratorio— bajo la presión de un antibiótico llamado cefotaxima, utilizado en entornos clínicos y hospitalarios. En estas condiciones, encontraron que ambas cepas podían volverse resistentes al antibiótico, pero cada una lo hacía por rutas genéticas diferentes.
“Una ruta era más rápida y eficaz: implicaba mutaciones en una enzima llamada TEM-1, que la bacteria usa para desactivar el antibiótico. La otra era más lenta y requería acumular más cambios genéticos: pasaba por modificaciones en la proteína PBP3, que es el blanco celular al que ataca el antibiótico”, detalla Couce.
Según la teoría clásica, la selección natural debería favorecer siempre la ruta más rápida y eficaz, especialmente en poblaciones grandes. Sin embargo, los resultados muestran que esto no siempre ocurre: las bacterias con mayor tendencia a producir mutaciones en PBP3 siguieron esa ruta, incluso cuando la ruta por TEM-1 era objetivamente mejor. Lo que determinó el camino no fue solo cuál era más ventajoso, sino cual, entre las opciones ventajosas apareció primero en el tiempo.
“El cambio de perspectiva que ofrece este trabajo es la demostración de que la adaptación es imperfecta, que la selección natural no es todopoderosa, y que a menudo lo práctico gana a lo idóneo: en la urgencia de la adaptación, la primera solución en llegar es la que cuenta,” concluye Couce.
Resistencia a antibióticos.
El hallazgo no es solo relevante para entender cómo funciona la evolución. Tiene consecuencias prácticas muy concretas en el contexto de la resistencia a antibióticos. Cuando una bacteria desarrolla resistencia a un fármaco, a menudo se vuelve más sensible a otro —un fenómeno conocido como sensibilidad colateral—.
El hallazgo no es solo relevante para entender cómo funciona la evolución. Tiene consecuencias prácticas muy concretas en el contexto de la resistencia a antibióticos
Esta propiedad es la base de una estrategia terapéutica prometedora: usar secuencias o combinaciones de antibióticos que aprovechen esas vulnerabilidades para combatir infecciones resistentes. Pero para que funcione, los médicos necesitan poder predecir qué vulnerabilidades va a desarrollar la bacteria.
"El estudio muestra que esa predicción es mucho más complicada de lo que se pensaba. Bacterias sometidas exactamente a las mismas condiciones desarrollaron perfiles de sensibilidad colateral opuestos dependiendo de su tendencia mutacional", señala Jake N. Barber, investigador del Centro de Biotecnología y Genómica de Plantas, (CBGP-CSIC-UPM) y coautor del estudio.
En los experimentos, las bacterias que siguieron la ruta más lenta se volvieron más resistentes a antibióticos y un antiséptico probados, porque necesitaron acumular más mutaciones secundarias para compensar su menor eficacia en la ruta principal. Las que siguieron la ruta más rápida, en cambio, se volvieron más sensibles a varios de esos mismos compuestos.
Anticipar la evolución bacteriana.
Este nuevo trabajo añade una pieza importante: para anticipar cómo evolucionará una bacteria, no basta con saber qué mutaciones serían beneficiosas, también hay que saber cuáles son más probables en cada contexto.
La dieta, algunos medicamentos, contaminantes ambientales o la radiación solar pueden alterar las tendencias mutacionales de los patógenos
Y el contexto puede cambiar. La dieta, algunos medicamentos, contaminantes ambientales o la radiación solar pueden alterar las tendencias mutacionales de los patógenos y desviar su trayectoria evolutiva hacia rutas inesperadas. Entender cuándo y cómo ocurre eso puede ser clave para anticipar qué caminos de resistencia seguirán las bacterias, qué vulnerabilidades dejarán abiertas y cómo aprovecharlas. Fuente: CSIC.
Sitio Fuente: SINC