La resistencia a los antibióticos de las bacterias.

 

Indice.

 

El campo de batalla antibacteriano.

Cómo los antibióticos matan a las bacterias.

El descubrimiento de la penicilina.

Peptidoglycan.

 

Ciertas infecciones bacterianas desafían ahora a todos los antibióticos. El problema de la resistencia puede ser reversible, pero sólo si la sociedad comienza a considerar cómo los medicamentos afectan a las bacterias "buenas", así como a las "malas".

Qué son los antibióticos?

Cualquier sustancia que inhibe el crecimiento y la replicación de una bacteria o lo mata pura y simplemente, puede ser llamado un antibiótico.

Los antibióticos son un tipo de antimicrobiano diseñado para combatir las infecciones bacteriales, esto hace que los antibióticos sea diferente a otras clases de antimicrobianos utilizados en la actualidad.

Los antisépticos se utilizan para esterilizar las superficies de los tejidos vivos cuando el riesgo de infección es alto, como por ejemplo durante la cirugía.

Los desinfectantes son agentes antimicrobianos no selectivos, matando a una amplia gama de microorganismos incluyendo bacterias. Se utilizan en las superficies, de los objetos en los hospitales.

Por supuesto, las bacterias no son los únicos microbios que pueden ser perjudiciales para nosotros. Hongos y virus también pueden ser un peligro para los seres humanos, y son el blanco de los antifúngicos y antivirales, respectivamente. Solamente las sustancias que atacan las bacterias se llaman antibióticos, mientras que el nombre de los antimicrobianos es un término general para cualquier cosa que inhibe o mata a las células microbianas, incluyendo antibióticos, antifúngicos, antivirales y productos químicos tales como antisépticos.

La mayoría de los antibióticos utilizados en la actualidad son producidos en laboratorios, pero son a menudo compuestos que han sido encontrado en la naturaleza . Algunos microbios, por ejemplo, producen sustancias específicas para matar otras bacterias con el fin de obtener una ventaja cuando compiten por alimentos, agua u otros recursos limitados. Sin embargo, algunos microbios sólo producen antibióticos en el laboratorio.

Preparaciones de los antibióticos.

La preparaciones de los antibióticos se hace en muchas formas diferentes, dependiendo del tipo de infección de que se trate. Puede ser en forma de cremas o ungüentos, que se puede aplicar al caso de infecciones que están en el exterior del cuerpo, mientras que las píldoras o líquidos se utilizan para la mayoría de las infecciones en el interior del cuerpo. En este caso, los antibióticos son absorbidos al torrente sanguíneo por medio del aparato digestivo. Las inyecciones de antibióticos se aplican directamente en el torrente sanguíneo, que son los antibióticos aplicados por vía intravenosa y sólo se utilizan para las infecciones más graves.

Historia de los antibióticos.

Los antibióticos se han utilizado durante miles de años para tratar infecciones, aunque hasta el siglo pasado más o menos la ciencia no sabía que eran las infecciones causada por una bacteria.

Muchas culturas antiguas utilizaron, sustancias del suelo y las plantas para el tratamiento de infecciones bacterianas. En la antigua Serbia, China y Grecia, el pan mohoso se presionaba contra las heridas para prevenir la infección. En Egipto, las cortezas de pan de trigo con moho se aplicaba sobre infecciones del cuero cabelludo pustuloso y tierra medicinal se utilizaron por su propiedades curativa. Se creía que estos remedios influyan en los espíritus o los dioses responsables de la enfermedad y el sufrimiento. Hoy sabemos que la eficacia ocasional de estos primeros tratamientos se debía a los productos químicos presentes en estos brebajes. (2)

 

Cómo los antibióticos matan a las bacterias.

Nuestra comprensión de cómo los antibióticos inducen la muerte de células bacterianas se centra en la esencia funcional de la célula bacteriana. Los antibióticos pueden ser clasificados de acuerdo con el componente celular o sistema que afectan, además de si inducen la muerte celular como los fármacos y bactericidas simplemente inhiben el crecimiento celular, como los fármacos bacteriostáticos. Muchos antimicrobianos bactericidas actuales  inhiben algunas de las funciones bacterianas como el ADN, el ARN, la pared celular y la síntesis de proteínas.

Desde el descubrimiento de la penicilina en 1929 , otros antimicrobianos más eficaces se han descubierto y desarrollado por la elucidación de las interacciones de los fármacos y la función bacteriana a atacar y por modificación molecular de fármaco, estos esfuerzos han mejorado en gran medida nuestro arsenal clínico.

El antibióticos que produce la muerte celular, sin embargo, es un proceso complejo que comienza con la interacción física entre las moléculas del medicamento y su objetivo específico en bacterias, e implica alteraciones de la bacteria que afectan la bioquímica, los niveles moleculares y ultra estructurales. (3)

Desde hace unos años se produjo una alarma, el numero de bacterias resistentes a los antibióticos crece sin cesar, las bacterias responden, se adaptan, los antibióticos comienzan a ser repelidos y el fantasma de las enfermedades que creíamos que fueron derrotadas comienzan a reaparecer.

La bacteria denominada estafilococo áureo, un ser que convive con los seres humanos, es esférica e incapaz de moverse por si sola, se encuentra habitualmente en la piel, inofensiva, pero cualquier herida puede abrirle la vía de entrada y convertirse en un feroz enemigo, es responsable de múltiples formas de infección y en particular las infecciones hospitalarias, un mal de todos los servicios médicos.

El doctor Fleming.

En 1928 el Londres, ocurrió algo que cambiaria la historia de esta bacteria y de toda la humanidad, el doctor Fleming había dejado unas placas de Petri con cultivos de estafilococo áureo en su laboratorio y accidentalmente un moho había crecido en una de las placas. Fleming observo que la bacteria era incapaz de crecer en presencia de ese moho, los humanos acababan de descubrir al enemigo natural del estafilococo áureo y de muchas otras bacterias.

 En el verano de 1928, Fleming dejó su laboratorio en el Hospital de Santa María para ir a unas semanas de vacaciones. Como de costumbre, no limpio antes de irse su trabajo, dejando cultivos de bacterias que crecian en las placas de Petri que estaba estudiando. Cuando regresó de sus vacaciones, Fleming descubrió que en muchas de sus placas Petri habían crecido moho. A medida que ordenaba, utilizando un baño desinfectante para matar a las bacterias, notó algo extraño en una placa Petri en particular. Un moho azul-verde crecía en ella y parecía que habia destruido las bacterias Staphylococcus aureus que habían estado creciendo en el plato.

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Después de discutir el moho con un micólogo, un experto en moho, C. J. La Touche, Fleming determina que el moho se llamaba  Penicillium, un tipo de moho que crece en el pan. El moho probablemente flotaba en el laboratorio de La Touche en el piso de abajo, donde estaba recogiendo moho para un estudio de asma. Durante los próximos meses, Fleming experimentó con el moho y se encontró que mataba a un gran número de bacterias dañinas y sin embargo era no tóxico para los seres humanos. En 1929, Fleming escribió un artículo científico sobre su descubrimiento, pero obtuvo poco interés científico y fue olvidado en gran parte.

Unos 12 años más tarde, durante el segundo año de la Segunda Guerra Mundial en 1940, dos científicos de la Universidad de Oxford estaban buscando una manera de tratar las heridas infectadas en el campo de batalla. Howard Florey, un australiano y Ernst Chain, un refugiado alemán, comenzaron a experimentar con la penicilina de Fleming. Usando una técnica química, fueron capaces de transformar el compuesto antibacteriano del moho Penicillium en un polvo marrón que era seguro, eficaz y tenía una vida útil relativamente larga.

La penicilina resultaba ser letal sobre el Staphylococcus aureus, su ataque se produce sobre la capsula que encierra y protege la bacteria un sólido muro protector en constante construcción formada por sucesivas capas de azucares ligadas por enlaces de péptidos, pero la penicilina tiene  un truco tan sencillo como efectivo se parece a uno de los componentes del muro y la enzima encargada de sellar los enlaces se une a ella en vez del enlace, el muro queda entonces sin trabar, débil,  la bacteria esta condenada la presión interior acabara por reventar, la bacteria literalmente estalla.

 

  

 

 

 

Adaptarse o Morir: bacterias resistentes a los antibióticos Youtube

 

El campo de batalla antibacteriano.

Piense en la última vez que tomó un antibiótico. Si era oral, las pastillas fueron probablemente grandes y se le pidió que las tome dos o más veces al día a lo largo de varios días.

Este tipo de régimen, de alta dosis es esencial para lograr el objetivo terapéutico de matar a una célula extraña evasiva, que permite eludir una dificultad o un peligro dentro de un huésped compuesto de células susceptibles a los fármacos. El mantenimiento de niveles elevados de medicamentos en el huésped durante un período prolongado de tiempo para alcanzar y eliminar a la población bacteriana culpable es el equivalente médico de la guerra "conmoción y pavor". Lograr el resultado deseado no es una tarea trivial. Estas dosis de tratamiento insuficiente o por un período insuficiente, aumenta la probabilidad de que una bacteria produzca una mutación que la hace resistente al antibiótico, sobrevive a la tormenta química y vive para producir otras bacterias con la misma mutación, de esta manera se tiene una cepa resistente a los fármacos del patógeno.

También el desarrollo del antibiótico no es un asunto trivial. Un antibiótico se encuentra con una serie de obstáculos en el camino, desde el punto de administración hasta su objetivo. Todos los trucos para superar estos obstáculos deben ser incorporados en la estructura química y la formulación del antibiótico. Generalmente, el compuesto antibiótico debe viajar desde el sitio de su administración al sitio de la infección a través de la corriente de la sangre o fluido del tejido. La sangre y sus derivados tienen en gran medida agua, por lo que el compuesto viaja mejor si es soluble en agua.

La sangre también contiene un repertorio de proteínas, tales como albúmina y globulinas, que tienen la capacidad de unirse a productos químicos. Esto significa que las posibilidades de que el compuesto del antibiótico llegue al sitio de la infección y de estar disponible para actuar sobre las células bacterianas, se reducen significativamente si no se disuelve bien en agua y si tiende a unirse a las proteínas. Una solución de fuerza bruta para estos problemas de biodisponibilidad es aumentar la dosis de fármaco, cuanto más compuesto entran en el anfitrión, tienen más libertad de acceso. Sin embargo, el anfitrión se compone de células que pueden ser también susceptibles al compuesto, por lo que cuanto mayor es la dosis, mayor es la probabilidad de efectos adversos.

Una vez que el compuesto llega al sitio de la infección, debe alcanzar su blanco molecular dentro de la bacteria. A diferencia de las células del huésped, las bacterias tienen una pared celular que representa una barrera formidable. Las bacterias gram-positivas tienen una pared celular que consiste en una capa de peptidoglicano (peptidoglycan) de gran espesor, extensivamente reticulada que rodea a la membrana celular interna y es poroso a sustancias pequeñas. La membrana plasmática subyacente puede ser penetrada a través de la difusión pasiva de las moléculas lipófilas. Por desgracia, las moléculas lipofílicas no son muy solubles en agua, lo que nos lleva de nuevo a la valla de la biodisponibilidad. Además, la membrana de proteínas incorpora las llamadas bombas de aflujo, que son conocidas por frustrar a los antibióticos mediante la eliminación de ellas de la célula, el siguiente dibujo refleja la entrada de los antibióticos al cuerpo de una persona, ya sea por medio de ingestión oral o por medio de una inyección y los problemas a afrontar.(5)

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Las bacterias gram-negativas son aún más complicadas. Su peptidoglycan, una capa fina, está rodeada por una segunda membrana externa que funciona como una barrera efectiva entre el medio ambiente y el periplasma, el espacio entre las membranas celulares interiores y exteriores. La membrana externa tiene porinas que regulan el tráfico de moléculas dentro y fuera de el periplasma y pueden actuar para excluir muchos antibióticos. En comparación con las bacterias Gram-positivas, las bacterias Gram-negativas también tienen una mayor cantidad y diversidad de las bombas de eflujo de membrana embebidas. Finalmente, las bacterias Gram-negativas producen una mayor variedad de enzimas que metabolizan los antibióticos, tales como varios ß-lactamasas, que hacen que penicilinas, cefalosporinas, monobactámicos y carbapenemes inactivos.

Dado que el tipo de proteínas que regula el tráfico molecular es específico de la especie y el antibiótico debe cruzar dos membranas celulares químicamente distintas, pocos antibióticos funcionan contra las bacterias Gram-negativas. Una clase de antibióticos que es eficaz contra las bacterias Gram-negativas, las fluoroquinolonas, pasa a través de las porinas de la membrana externa como una molécula cargada, soluble en agua y luego se convierte sin carga e hidrófobo en el periplasma, que permite que se difunda a través de la membrana interna . Este cambio entorno activado por el encargado molecular ilustra la complejidad del desarrollo de antibióticos eficaces de amplio espectro. El último obstáculo está lejos de su meta. Los antibióticos actúan uniéndose a la maquinaria molecular, esenciales para las bacterias y la prevención de estos objetivos de hacer su trabajo. Algunos antibióticos perforan agujeros en la pared celular de las bacterias mediante la inhibición de las enzimas que hacen que peptidoglicanos. Otros inhiben las enzimas, que evitan que las bacterias realicen la síntesis de proteínas o de ADN.

http://www.wiley.com/college/pratt/0471393878/instructor/activities/bacterial_drug_resistance/index.html

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Peptidoglycan.

Estructura de la pared celular bacteriana y su función.

El peptidoglicano ( peptidoglycan) de la pared celular es esencial para la vida de la mayoría de las bacterias y su síntesis y es el blanco de los antibióticos importantes como la penicilina y vancomicina. Se utiliza la microscopía de fuerza atómica y otras técnicas de super-resolución de microscopía para determinar la arquitectura y la dinámica del peptidoglicano a través de las bacterias. Esto ha puesto de manifiesto una complejidad hasta ahora inesperado que conduce a nuevos modelos de crecimiento de la pared celular y la división.

Las bacterias estan rodeadas de una cubiertas que se identifican por medio de técnicas de tinción utilizadas en microscopía óptica y electrónica y técnicas que aislan y caracterizan los componentes celulares.

Las principales cubiertas son, la pared celular de las bacterias Gram-positivas y la pared celular de las bacterias Gram-negativas

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Pared bacteriana youtube

La Pared bacteriana

Department of Molecular Biology and Biotechnology Bacterial cell wall structure and function

Peptidoglycan - The bacterial wonder wall

Designing smarter drugs to fight antibiotic resistance  

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Eduardo Ghershman, 14.6.2016