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Estudio muestra cómo las bacterias que causan neumonía invaden el cuerpo

Bacteria klebsiella pneumoniae bacterium, vista a través de un poderoso microscopio. Fuente: CDC Public Health Image Library

La investigación de Klebsiella pneumoniae en ratones podría allanar el camino para mejores antibióticos de amplio espectro para los seres humanos

ANN ARBOR, Mich. – Si Ud. se enferma con neumonía, o incluso una herida infectada, su cuerpo es ahora una zona de guerra.

Y mientras el sistema inmunológico batalla las bacterias invasoras, el resultado de esta guerra puede depender de una carrera de armas microscópicas que no se basa en misiles o bombas, sino en un elemento esencial: el hierro.

Ahora, científicos de la Universidad de Michigan Medical School dicen que han descubierto cómo esa carrera por el hierro en realidad aumenta el riesgo de que nos enfrentamos a uno de nuestros enemigos microscópicos más peligrosos, la bacteria Klebsiella pneumoniae.

Esta bacteria ya ha descubierto cómo superar nuestras mejores defensas – incluyendo, en algunos casos, nuestros más poderosos antibióticos.

Es la tercera más común causa de infecciones en pacientes hospitalizados y causa neumonía, infecciones del tracto urinario, infecciones de heridas y sepsis o infecciones del torrente sanguíneo. En su forma más resistente a los medicamentos, se considera uno de los  enterobacterias resistentes a los carbapenemes o ERC, las llamadas “bacterias pesadilla”.

Los nuevos hallazgos podrían ayudar en la búsqueda de fármacos para luchar contra ella, y otras “superbacterias”.

Captación de hierro – y mucho más

En un nuevo artículo en la revista mBio, el equipo dirigido por Michael Bachman, M. D., Ph.D. informa de lo que sucede después de que las bacterias envían pequeñas moléculas en búsqueda de hierro.

Llamadas sideróforos, se ha pensado por mucho tiempo que las moléculas son utilizadas por las bacterias para reunir el precioso elemento necesario para crecer y reproducirse, uniéndose al hierro y robándoselo.

Los sideróforos de K. pneumoniae son cientos de veces más potentes en acaparar el hierro que las proteínas que nuestros propios cuerpos producen. Lo que es más, las bacterias producen una especie de sideróforo que nuestros sistemas de defensa no pueden neutralizar.

Pero Bachman y sus colegas muestran los sideróforos bacterianos hacen mucho más que simplemente acaparar el hierro. Sus experimentos muestran las bacterias utilizan las moléculas para ayudarles a invadir el resto del cuerpo más allá de su punto inicial de entrada, y para provocar la inflamación causada por nuestro propio sistema inmunológico.

“Se trata de una bacteria que ha evolucionado nuevas maneras de conseguir el hierro, y resulta que el mecanismo que utiliza también provoca estrés celular durante las infecciones”, dice Bachman, un profesor asistente de patología de la U-M. “Esa respuesta desencadena una respuesta inmune que le dice a nuestro cuerpo que  combata la infección, pero que también activa el mecanismo que permite que las bacterias escapen y viajen al resto del cuerpo.”

Ese mecanismo, una proteína llamada HIF-1 alfa, normalmente ayuda a nuestros cuerpos responder a bajos niveles de oxígeno o de bajo contenido de hierro. Pero cuando los  sideróforos K. pneumoniae lo activan, empeora la infección. Exactamente cómo es todavía un misterio.

Bachman observa los efectos de la K. pneumoniae en pacientes en su trabajo como un microbiólogo clínico en el Sistema de Salud de la U-M, donde es director asociado de microbiología clínica. Eso le motivó a estudiar en el laboratorio. Sin embargo, señala que es demasiado pronto para decir exactamente cómo el descubrimiento podría ser utilizado para ayudar a los pacientes.

Una vía prometedora podría ser el desarrollo de estrategias para evitar que la bacteria envíe sideróforos, o utilizar los sideróforos para llevar antibióticos a las células bacterianas. O, incluso puede ser posible crear una vacuna basada en sideróforos para enseñar el sistema inmune a atacarlos.

Mientras tanto, él y otros en la U-M incluyendo Harry Mobley, Microbiología e Inmunología, persiguen el objetivo más amplio a través de una iniciativa microbioma. Usando una técnica llamada secuenciación genética avanzada transposón, están trabajando para averiguar cual los genes K. pneumoniae y otros superbacterias son absolutamente necesarios para causar infecciones.

Cómo lo hicieron

Para averiguar el doble papel que juegan los sideróforos en la infección por K. pneumoniae, Bachman y sus colegas tuvieron que averiguar cómo crear bacterias que no se reproduzcan, sin dejar de producir sideróforos. Fueron capaces de mutar bacterias de manera de evitar que los sideróforos cargados con hierro volvieran a meterse en las células bacterianas y promovieran el crecimiento. De esta manera, el número de bacterias en el cuerpo del ratón se mantuvo igual, pero los investigadores del estudio pudieron estudiar lo que hacían los sideróforos.

Esperaban que si los sideróforos agarraron suficiente hierro de los tejidos de los pulmones del ratón, las células de los ratones responderían. De hecho, se encontraron con que el sistema inmunológico del ratón fue provocado directamente por los sideróforos, causando la liberación de moléculas llamadas citoquinas que atraen a las células que combaten las infecciones y causan inflamación como resultado. La activación de HIF-1 alfa fue parte de esto – porque las células de ratón detectaron que el suministro de hierro era bajo.

Por lo tanto, el equipo calculó cómo eliminar HIF-1 alfa en las células que recubren los pulmones del ratón – y mostró que en estos ratones, la mayoría de las bacterias no podían escapar desde los pulmones hasta el bazo. Pero los que hicieron HIF-1 alfa, las bacterias K. pneumoniae se extendieron al resto del cuerpo, lo que hace que la infección empeore.

“Este trabajo nos da la motivación para orientar la producción de sideróforos, en lugar de sólo la absorción de ellos”, dice Bachman. “Ahora que sabemos que las bacterias causan estrés celular simplemente secretándolos, podemos prevenir estos efectos si los neutralizamos.”

La investigación fue financiada por Natural Sciences and Engineering Research Council de Canadá, a través de una subvención para el co-autor Martin Dozois. Dozois y el co-autor Sebastien Houle están en el Institut national de la recherche scientifique, Institut Armand-Frappier, en Laval, Québec. Victoria Holden, quien recientemente recibió su doctorado de la U-M es la primera autora del estudio, que también tiene como autor a Paul Breen, quien previamente trabajó como técnico investigador, Referencias: mBio, 7(6):e01397-16, doi:10.1128/mBio.01397-16.