Un nou treball del Laboratori de Dinàmica de Sistemes Biològics de la Universitat Pompeu Fabra mostra que la resposta dels bacteris als antibiòtics pot dependre d’altres espècies de bacteris amb els que conviuen, de manera que uns bacteris poden fer a altres més tolerants als antibiòtics. L’estudi, que ha estat realitzat pels investigadors Letícia Galera-Laporta i Jordi Garcia-Ojalvo i que es publica avui a la revista Science Advances, pot afectar el tractament d’infeccions bacterianes, suggerint fins i tot noves estratègies per lluitar contra aquests patògens.

Des del descobriment de la penicil·lina fa gairebé 90 anys, els antibiòtics han salvat milions de vides. Actualment es coneix amb detall la concentració de cada antibiòtic necessària per eliminar una gran varietat d’espècies de bacteris. Aquests anàlisis es fan habitualment en cultius on cada espècie de bacteri viu per si sola. No obstant, sovint a les infeccions no trobem una única espècie de bacteri, sinó que en conviuen múltiples que poden interaccionar, compartint tot tipus de senyals químiques. A més el nostre cos conté una gran quantitat de bacteris beneficiosos (la microbiota), amb els que els patògens poden també conviure. Per això, en aquest estudi, els investigadors han plantejat com les comunitats amb múltiples espècies de bacteris responen conjuntament als antibiòtics.

Per abordar aquesta pregunta, Galera-Laporta i Garcia-Ojalvo van estudiar com els bacteris Bacillus subtilis i Escherichia coli responen a l’antibiòtic ampicil·lina (de la família de la penicil·lina). En solitari, E. coli és sensible a aquest antibiòtic –a partir d’una determinada concentració no pot créixer– i B. subtilis és tolerant –aconsegueix créixer–. Letícia Galera-Laporta explica que “de forma contraintuïtiva, vam observar que quan les dues espècies de bacteris conviuen, la seva resposta a l’antibiòtic és oposada a quan estan soles. El bacteri que podia sobreviure mor i a l’inrevés”. Amb l’ajuda d’un model matemàtic van poder veure que el que varia és la seva resposta col·lectiva, com a resultat del canvi en la disponibilitat del medicament per a cada espècie de bacteri en presència de l'altra.

Dos bacteris conviuen… i un d’ells se n’aprofita

L'ampicil·lina inactiva unes proteïnes necessàries per a que els bacteris fabriquin la seva paret cel.lular, i així impedeix que aquests puguin créixer. Bacillus subtilis és tolerant a aquest antibiòtic perquè inactiva l’antibiòtic i en redueix la quantitat lliure en el medi. Això beneficia a E. coli quan totes dues espècies conviuen, perquè fa que la quantitat d’ampicil·lina no arribi al llindar necessari per matar-la.

Varia la seva resposta col·lectiva, com a resultat del canvi en la disponibilitat del medicament per a cada espècie de bacteri en presència de l'altra.

En canvi, E. coli no és capaç per si sola d’inactivar l'antibiòtic, sinó que es comporta com una esponja: durant una estona reté l’antibiòtic i després el retorna al medi. Aquesta funció de “buffer” retarda la supressió de l'antibiòtic en el medi, i per tant perjudica a B. subtilis: fa que quedi antibiòtic a l’ambient durant un període en el qual B. subtilis ja l’hauria eliminat si estigués sol. 

La majoria d’estudis d’aquest tipus se centren en la resistència genètica als antibiòtics mitjançant mutacions, que és un aspecte molt important. “Però amb estudis com aquests volem mostrar la importància de no perdre de vista que la supervivència dels bacteris als antibiòtics es pot donar per altres mecanismes no genètics”, explica Jordi Garcia-Ojalvo, catedràtic de Biologia de Sistemes del Departament de Ciències Experimentals i de la Salut (DCEXS) de la UPF. 

Els mecanismes que es mostren en aquest estudi no són específics de les dues espècies de bacteris i de l’antibiòtic que s’han utilitzat. Aquesta troballa mostra la dificultat de triar la dosi d’antibiòtics en el tractament d’infeccions bacterianes, perquè la informació disponible fa referència a les espècies quan es troben de forma aïllada.  D’altra banda, l’estudi suggereix també la possibilitat d’utilitzar bacteris no patogènics per sensibilitzar d’altres que sí que ho són. En definitiva, “cal considerar el context microbià en el que es troben els bacteris, per tal de poder millorar la informació que permeti escollir la dosis adient d’antibiòtic en cada cas”, conclou Garcia-Ojalvo.

Article de referència:

L. Galera-Laporta i J. Garcia-Ojalvo, “Antithetic population response to antibiotics in a polybacterial community”. Science Advances, March 2020. https://doi.org/10.1126/sciadv.aaz5108