Los antibióticos constituyen nuestra principal estrategia para luchar contra las infecciones bacterianas. Pero a veces, cuando aplicamos un antibiótico a una población de bacterias, no todas ellas son eliminadas. Aunque todos los microbios sean idénticos genéticamente, no hayan desarrollado resistencia al antibiótico y se encuentren en condiciones iguales, algunos sobreviven y otros no. ¿Por qué pasa esto? Ahora, científicos de la Universidad Pompeu Fabra y de la Universidad de California en San Diego han descubierto que esta situación está causada por el magnesio, que promueve la supervivencia de algunas bacterias frente a un tipo de antibióticos.

En este trabajo, publicado en la revista Cell, los investigadores han estudiado aquellos antibióticos que luchan contra las bacterias mediante el bloqueo de su fabricación de proteínas. Es decir, que atacan a los ribosomas, la maquinaria molecular responsable de la producción de proteínas dentro de las células, y por tanto uno de los pilares fundamentales para el crecimiento bacteriano. Los ribosomas mantienen su estructura compleja gracias a la presencia de iones, moléculas cargadas eléctricamente. 

ELos iones que tienen el papel más importante en la estabilidad de los ribosomas son los de magnesio, ya que se unen a ellos y les aportan cohesión.

Los científicos observaron que los iones que tienen un papel más importante en la estructura del ribosoma son los de magnesio, ya que se unen a los ribosomas, les aportan cohesión y así los estabilizan. “Por lo tanto, cuando atacamos a los ribosomas con antibióticos, si estos disponen de suficiente magnesio son más estables, y por tanto más resistentes”, explica Jordi Garcia-Ojalvo, catedrático de Biología de Sistemas del Departamento de Ciencias Experimentales y de la Salud (DCEXS) de la UPF. “En cambio, cuando las bacterias tienen poco magnesio, sus ribosomas son más inestables y cuando son atacados se desestabilizan, la célula no puede producir proteínas correctamente y muere”, añade. En este trabajo, se muestra por primera vez la influencia del flujo de iones en la supervivencia de las bacterias a los antibióticos.

Letícia Galera-Laporta, primera autora del estudio, detalla “para demostrar que el factor principal que determina la supervivencia de las bacterias Bacillus subtilis es la regulación del magnesio, combinamos el estudio de un modelo matemático y experimentos, entre los cuales se incluyen diferentes perturbaciones químicas y estructurales de los ribosomas”.

En el ámbito técnico es difícil medir la concentración de magnesio a nivel de células individuales, pero pudieron obtener este dato mediante la medida del potencial de membrana de millones de células utilizando la microscopia de fluorescencia. El potencial de membrana está presente en todas las células, por ejemplo en las neuronas de nuestro cerebro, y está asociado a la diferencia de iones entre el interior y el exterior de la célula. 

Esta propiedad permitió a los científicos detectar dos tipos de células dentro de una misma población. Una fracción de células presenta cambios repentinos en el potencial de membrana, puesto que no regulan correctamente el flujo de iones a través de su membrana, y finalmente acaban muriendo. Por otro lado, las células que bajo el estrés del antibiótico consiguen modular el flujo de iones de magnesio y mantener su potencial de membrana estable son las que sobreviven al ataque. 

“Nuestros resultados aportan una nueva visión para el estudio de nuevos antibióticos o incluso para aumentar la efectividad de los antibióticos que actualmente se utilizan. Una posible línea de investigación futura, por ejemplo, podría ser utilizar el antibiótico junto con un suplemento que bloquee el transporte de magnesio en las bacterias”, concluye Letícia Galera-Laporta.

Artículo de referencia:

Dong-yeon D. Lee, Leticia Galera-Laporta, Maja Bialecka-Fornal, Eun Chae Moon, Zhouxin Shen, Steven P. Briggs, Jordi Garcia-Ojalvo and Gürol M. Süel. Magnesium flux modulates ribosomes to increase bacterial survival. Cell, March 2019. DOI: 10.1016/j.cell.2019.01.042.