Abstract
en 1928, Sir Alexander Fleming observó los efectos bacterianos de la penicilina en su laboratorio en Londres. Este fue el primer paso en el descubrimiento de uno de los pilares más importantes de la medicina actual: los antibióticos. Tomó muchos años encontrar una manera de producir penicilina en grandes cantidades, y la producción a gran escala no comenzó hasta 1945., Sin embargo, hasta el día de hoy, Fleming es considerado el padre de los antibióticos, y sin su descubrimiento no podríamos tratar muchas infecciones causadas por bacterias. Esto significa que, sin antibióticos, incluso una pequeña herida infectada podría llegar a ser mortal. Además, la cirugía es mucho más segura con antibióticos, y las personas con sistemas inmunitarios débiles (como niños o ancianos) ahora pueden recuperarse fácilmente de infecciones bacterianas. Sin embargo, las bacterias se están volviendo resistentes a los antibióticos, lo que también fue predicho por Fleming en 1945, durante su discurso de aceptación del Premio Nobel.,
los pequeños enemigos y amigos
Las bacterias son muy importantes para nosotros. Viven en nosotros y dentro de nosotros, y los usamos para obtener ciertos nutrientes de los alimentos, entre muchas otras cosas (Lea más en este artículo de Young Minds; nunca estamos solos: viviendo con la Microbiota humana ). Pero algunas bacterias, llamadas patógenos, también pueden causar infecciones y algunos patógenos pueden ser muy peligrosos. Las bacterias patógenas son uno de los temas principales de la microbiología , que es el estudio de los microorganismos: formas diminutas de vida que no se pueden ver a simple vista., Los microbiólogos se han estado enfrentando a las mismas preguntas desde que se descubrieron las bacterias. ¿Cómo infectan las bacterias a los humanos, y lo más importante, hay algo que se pueda hacer para detenerlos?
una bacteria individual solo se puede ver con un microscopio. Sin embargo, la mayoría de las bacterias crecen bien en un ambiente con muchos nutrientes, y los caldos muy ricos en nutrientes (también conocidos como medio líquido) se pueden usar para cultivar bacterias ., Si un tubo de ensayo con caldo estéril y de un pequeño número de bacterias se incubaron a una temperatura determinada, el líquido se enturbia en cuestión de horas e incluso puede cambiar de color. Si se agrega una sustancia similar a la gelatina al caldo y la mezcla se calienta para derretir la gelatina, esta sustancia se puede verter en platos (también conocidos como platos de Petri) para enfriarse, obtendrá una gelatina rica en nutrientes también conocida como medio sólido. Las bacterias se pueden cultivar en la superficie de un medio sólido. Si añadimos suficientes bacterias, cubrirán toda la superficie de la gelatina rica en nutrientes., Si las bacterias se diluyen y se extienden lo suficiente en la placa, una bacteria individual se replicará tanto que eventualmente producirá un gran grupo de bacterias visibles a simple vista, que llamamos una colonia bacteriana. Si la fuente original de bacterias contenía más de un tipo, colonias de diferentes tipos de bacterias podrían estar creciendo en el medio sólido. Cuando tocamos solo una de esas colonias con un objeto estéril y pasamos las bacterias a un medio líquido o sólido estéril, podemos producir un cultivo puro, que solo debe contener un tipo de bacterias ., Rutinariamente, los microbiólogos trabajan con cultivos puros para poder llegar a conclusiones claras de sus experimentos con un solo tipo de bacteria. Sin embargo, si su trabajo no se realiza en condiciones estériles, los tubos y placas pueden contaminarse con otras bacterias o incluso algunos hongos microscópicos que viven en el medio ambiente. Si eso sucede, la mayoría de los microbiólogos descartan ese cultivo y comienzan de nuevo. Pero Fleming era diferente de la mayoría de los microbiólogos.
un accidente esperando a ocurrir
en la mañana del lunes 3 de septiembre de 1928, Fleming regresaba de unas vacaciones familiares ., Antes de irse de vacaciones, Fleming estaba trabajando con un patógeno muy común: Staphylococcus aureus. Fleming dejó algunas placas de Petri de vidrio en su banco de laboratorio, con estas bacterias creciendo en la superficie de un medio sólido. Por lo general, estas placas serían esterilizadas por un técnico de laboratorio para reutilizarlas en otros experimentos. Sin embargo, Fleming siempre tuvo una mirada final a todos sus experimentos antes de descartarlos, incluso si se mantuvieron durante semanas en el banco (figura 1a). Él extraía muestras al azar de la pila de placas para ver si había ocurrido algo interesante durante las últimas semanas., Debido a que su laboratorio era bastante primitivo, Fleming comúnmente tenía contaminaciones en sus placas, que a menudo eran causadas por levaduras y mohos del medio ambiente. Pero un plato se veía muy diferente, y cuando se dio cuenta de ese plato, dijo: «eso es gracioso….»La placa había sido inoculada con un denso cultivo de bacterias, pero también estaba contaminada con un hongo microscópico que creó una gran colonia en el lado de la placa. Lo inusual fue que las bacterias no pudieron crecer en el área cercana a la colonia de hongos., Había un área perfectamente visible alrededor del hongo que estaba completamente libre de bacterias; hoy en día, llamamos a esto una zona de inhibición (figura 1B). Por lo tanto, Fleming descubrió que un hongo (Penicillium notatum) estaba produciendo algo que mató a Staphylococcus aureus, un patógeno peligroso. Fleming acababa de descubrir un antibiótico, y al principio, lo llamó «jugo de moho».
- Figura 1 – (a) Sir Alexander Fleming en su banco de laboratorio en Londres (1943).,
- (B) Fleming observó que una colonia de un hongo (Penicillum notatum) contaminó una placa de Petri que fue inoculada con S. aureus, un patógeno bacteriano peligroso. Curiosamente, S. aureus no pudo crecer en el área que rodea la colonia de P. notatum. Fleming dedujo que el hongo estaba produciendo algo que mató a S. aureus en la zona de inhibición.,
en ese momento, ni Fleming ni sus colegas pensaron que este descubrimiento podría tener alguna importancia real, y la importancia real solo se demostró más de una década después. Sin embargo, Fleming acababa de descubrir la guerra biológica que existe entre diferentes microorganismos que luchan por el espacio en un entorno rico en nutrientes . Fleming no creó penicilina, observó que una colonia de un hongo microscópico producía penicilina como una forma de competir con las bacterias por los nutrientes en una placa casi descartada., Desde entonces, los microbiólogos han buscado en la naturaleza nuevos antibióticos, para probar si otros microorganismos pueden producir antibióticos, y este enfoque ha sido muy exitoso. Una vez que se identifica una nueva sustancia antimicrobiana, esa sustancia se purifica y puede modificarse químicamente para facilitar la producción del nuevo antibiótico en grandes cantidades o para crear nuevas versiones de la sustancia original. Todavía estamos buscando nuevos antibióticos, y cualquiera puede ser parte de esto a través de iniciativas como» Swab and Send».
¿cómo actúa la penicilina?,
la forma en que la penicilina actúa para inhibir el crecimiento bacteriano no se entendió hasta 1980. Ahora sabemos que la penicilina inhibe la actividad de ciertas enzimas en bacterias llamadas proteínas de unión a la penicilina (PBPs), que son esenciales para que la mayoría de las bacterias creen una pared que cubra sus células. Sin esa pared, las células bacterianas están mucho más expuestas al medio ambiente, y pueden morir muy fácilmente cuando el medio ambiente cambia. En presencia de penicilina, las bacterias no pueden producir esta pared celular para protegerse y mueren., La penicilina es parte de una familia de antibióticos similares llamados β-lactámicos, y muchas bacterias se vuelven resistentes a los β-lactámicos, ya sea produciendo enzimas que degradan estos antibióticos o adquiriendo Versiones Modificadas de los PBP que ya no se unen a la penicilina .
La resistencia está aumentando
lo que Fleming también predijo durante su discurso al aceptar el Premio Nobel en 1945 fue que las bacterias pueden volverse resistentes a los antibióticos. Esto solo está sucediendo debido a la evolución, porque las bacterias pueden adaptarse muy rápidamente para superar cualquier obstáculo que limite su crecimiento., Los cambios que ayudan a las bacterias a adaptarse pueden ser impulsados por mutaciones aleatorias en su ADN, y el proceso es muy rápido, ¡casi se puede ver que esto sucede en tiempo real! . Además, muchos de los microorganismos productores de antibióticos también tienen genes que los hacen resistentes a esos antibióticos. Las bacterias son muy buenas en la adquisición de ADN de otros organismos, para obtener nuevas habilidades. Esto se denomina transferencia horizontal de genes . Si las bacterias patógenas adquieren los genes para hacerlas resistentes a un antibiótico específico, ese antibiótico se vuelve inútil en la clínica., Para prevenir la resistencia a los antibióticos, los antibióticos solo deben usarse cuando sea necesario (por ejemplo, los virus no pueden ser eliminados por los antibióticos, por lo que no deben tomarse para infecciones virales), se debe usar la dosis correcta (porque una dosis demasiado baja puede ayudar a crear cepas resistentes), y debemos tomar antibióticos durante todo el tiempo que se prescriben, para asegurarnos de matar todas las bacterias que causan la infección. Si no tomamos estas medidas, podríamos estar ayudando a la propagación de la resistencia a los antibióticos, y esto es un gran problema., De hecho, los patógenos bacterianos más peligrosos se están volviendo resistentes a muchos antibióticos . Las compañías de fabricación de medicamentos están perdiendo interés en desarrollar nuevos antibióticos, porque estos medicamentos pueden no ser rentables a medida que crece la resistencia a los antibióticos. En consecuencia, la velocidad a la que se descubren nuevos antibióticos no es lo suficientemente rápida para hacer frente a la aparición de nuevos patógenos resistentes a los antibióticos. Es posible que pronto volvamos a una era pre-antibiótica, en la que las personas infectadas con bacterias no podían ser tratadas de manera efectiva.,
conclusión
El descubrimiento de la penicilina solo fue posible en un laboratorio donde las contaminaciones eran comunes. El azar ciertamente jugó un papel en el descubrimiento del primer antibiótico, pero el entrenamiento y la práctica de laboratorio de Fleming fueron esenciales para que identificara uno de los medicamentos más importantes de la historia humana. Desafortunadamente, debido a la resistencia a los antibióticos, los microbiólogos están en una carrera con los patógenos bacterianos para encontrar nuevas formas de tratar las infecciones., Hoy en día, tenemos una mejor comprensión de cómo interactúan los patógenos con sus huéspedes, cómo funcionan los antimicrobianos y cuáles son los mecanismos de resistencia a los antibióticos. Pero, incluso 90 años después del descubrimiento de la penicilina, todavía hay mucho más trabajo necesario para combatir la actual crisis de antibióticos. ¡Puedes ser parte de esto participando en la iniciativa Swab and Send!
Glosario
patógeno: un microorganismo que invade el cuerpo y causa una infección.
placa de Petri: una placa de vidrio o plástico con una tapa utilizada para cultivar células vivas.,
colonia bacteriana: grupo de células bacterianas que crecen juntas en la superficie de un medio sólido que son visibles a simple vista.
zona de inhibición: área que rodea la fuente de un antibiótico en la que no crecen colonias bacterianas.
conflicto de intereses
El autor declara que la investigación se realizó en ausencia de relaciones comerciales o financieras que pudieran ser interpretadas como un potencial conflicto de intereses.
Madigan, T. M., Bender, K. S., Buckley, D. H., Sattley, W. M., and Stahl, D. A. 2018. Brock Biology of Microorganisms (en inglés). 15th Edn., Londres: Pearson.
Brown, K. 2017. El hombre de la penicilina, Alexander Fleming y la Revolución de los antibióticos. Cheltenham: The History Press.
hisopo y enviar iniciativa. Disponible en línea en: https://www.lstmed.ac.uk/public-engagement/swab-send