“Genes saltarines” y resistencia a los antibióticos

por para Ciencia Hoy el . Publicado en Número 2.

Los estudios sobre la resistencia de las bacterias a los antibióticos se fundaron en importantísimos aportes a las leyes de la herencia realizados en la década del '40. En 1947, la bióloga Barbara McClintock -investigadora del Departamento de Genética de Cold Spring Harbor, EE.UU. y Premio Nobel de Medicina 1983- presentó el primer informe sobre el descubrimiento de un sorprendente fenómeno genético estudiado en las plantas de maíz común: la existencia de genes capaces de saltar de un cromosoma a otro. McClintock se había interesado en una serie de entrecruzamientos que daban como resultado la aparición de mazorcas con manchas rojas, azules o pardas, que parecían escapar a los principios de Mendel y concentró su atención en el cromosoma 9, ya que éste proporcionaba cambios de coloración fácilmente visualizables.

Figura Diseminación de genes presentes en un transposón. Se indican tres especies bacterianas (identificadas por su color) y dos especies plasmídicas A y B, una de las cuales no puede existir en una de las cepas. Se observa que, a pesar de esto, el transposón "salta" a otro plásmido que sí puede existir y se transfiere a dicha cepa. La consecuencia final es que las tres cepas poseen los genes llevados por el transposón.

Figura
Diseminación de genes presentes en un transposón. Se indican tres especies bacterianas (identificadas por su color) y dos especies plasmídicas A y B, una de las cuales no puede existir en una de las cepas. Se observa que, a pesar de esto, el transposón "salta" a otro plásmido que sí puede existir y se transfiere a dicha cepa. La consecuencia final es que las tres cepas poseen los genes llevados por el transposón.

Estos trabajos la llevaron al convencimiento de que la única explicación posible para el fenómeno era aceptar que los genes se rompían en determinados puntos y volvían a soldarse en lugares diferentes. Como consecuencia de tales anomalías, los mensajes genéticos resultaban alterados, al punto de ordenar la producción de pigmentos en cantidades y localizaciones distintas a las esperadas por las leyes de la genética.

La posible existencia de segmentos lábiles ("genes saltarines" o transposones, como los denominó McClintock) contradecía lo que hasta el momento había sido considerado como un verdadero dogma de la genética: los cromosomas se heredan en unidades discretas y estables.

Hubo que esperar casi veinte años hasta contar con pruebas evidentes de la aparición de fenómenos análogos en otras especies. Entre tanto en el Japón, un grupo de científicos se dedicó a estudiar la causa por la que enfermos de disentería no respondían a los tratamientos tradicionales con antibióticos que si resultaban efectivos en otros paises. Con el tiempo, se identificó la raíz del problema: como consecuencia del uso indiscriminado de antibióticos en animales y seres humanos se produce un incremento de bacterias resistentes a tales drogas. Lógicamente, la muerte de las bacterias susceptibles y la supervivencia de las resistentes que, entonces, se multiplican sin límites, determinan que el fenómeno de la resistencia aumente en grandes proporciones.

Recién a mediados de la década del '70 quedó claramente determinado que es en los transposones donde se alojan los genes que otorgan a las bacterias, patógenas o no, la capacidad para resistir el ataque de los antibióticos. Las investigaciones revelaron que dichos genes son virtuales "pasajeros" de un "expreso" -el transposón-, mediante el cual pueden trasladarse fácilmente de una molécula ADN a otra, desencadenando la diseminación de la resistencia en amplias poblaciones de microorganismos de igual o diferente especie.

Para evaluar las consecuencias evolutivas y epidemiológicas del fenómeno, hay que tener en cuenta, además, la posibilidad de transferencia de plásmidos, que son moléculas de ADN extracromosomales, de una especie bacteriana a otra.

La figura ilustra el mecanismo: en ella se representan tres especies bacterianas y dos especies plasmídicas A y B. Una de las bacterias posee un plásmido A que incluye en su estructura un transposón. Por conjugación (capacidad de replicarse entre bacterias) dicho plásmido es transferido a la segunda especie bacteriana (1). Sin embargo, este plásmido puede no ser capaz de existir en la tercera especie (2). Pero si un segundo plásmido (B) -que sí sea capaz de existir en ella (3)- se hace presente en la bacteria original y mediante el mecanismo de transposición (capacidad de replicarse entre moléculas) adquiere el transposón (4), una nueva conjugación permitirá que la tercera especie posea los genes presentes en el transposón (5).

En el Instituto de Investigaciones Bioquímicas de la Fundación Campomar realizamos estudios sobre la incidencia de resistencia a uno de los antibióticos más modernos y refractarios a los mecanismos de resistencia bacteriana, la amikacina. Estos demostraron que, mientras en 1981 el 7% de una población de Klebsiella pneumoniae patógena aislada era resistente al antibiótico, en 1986 la proporción llegaba al 30%. Al estudiarse en detalle una de las cepas de K. pneumoniae resistente a la amikacina (aislada de líquido cefalorraquideo de un bebé muerto a consecuencia de la infección en el Hospital de Niños de Buenos Aires), se encontró que poseía varios plásmidos. Uno de ellos contenía genes distintos de resistencia no solamente a la amikacina, sino también a la kanamicina, la tobramicina, la estreptomicina y la ampicilina: un gen bla que codificaba la enzima Beta-lactamasa y era idéntico al gen bla presente en el transposón Tn3 (un transposón que solamente codifica resistencia a la ampicilina), un gen aad (adenilil transferasa) que especifica resistencia a la estreptomicina, y un gen que codifica una acetiltransferasa (aac) que produce resistencia a la amikacina, la kanamicina y la tobramicina. Todos ellos se hallaban incluidos en un solo transposón (denominado Tn1331) que se comporta como un "expreso" perfeccionado en el que viajan genes de resistencia a distintos antibióticos y juntos pueden trasladarse de bacteria en bacteria.

Una dramática prueba de la capacidad de movilización de los transposones la obtuvimos al analizar cepas de K. pneumoniae, provenientes del resonado brote que se desató en 1986 en el Hospital Luis Lagomarsino de Mendoza, que afectó a más de 160 internados. Estas bacterias poseían el mismo transposón que había causado estragos en Buenos Aires, en plásmidos totalmente distintos.

Marcelo Tolmasky

Marcelo Tolmasky

Instituto de Investigaciones Bioquímicas. Fundación Campomar