La bacteria conocida como Pseudomonas aeruginosa es un microorganismo oportunista que, en un organismo sano, raramente ocasiona problemas de salud graves. Sin embargo, presenta la capacidad diferencial de infectar a personas inmunodeprimidas o con enfermedades de base, y afectar varios órganos y tejidos, como los pulmones o las vías urinarias, de forma crónica. «P. aeruginosa es una bacteria ubicua, presente un muchos lugares. Además, coloniza con gran facilidad todo tipo de superficies, como el instrumental médico o el tejido humano. De hecho, es uno de los principales patógenos responsables de las infecciones nosocomiales, es decir, las contraídas por los pacientes ingresados en los hospitales», explica a Investigación y Ciencia, Eduard Torrents investigador principal del Instituto de Bioingeniería de Cataluña.
En tiempo reciente, Torrents y Maria del Mar Cendra, investigadora posdoctoral en su laboratorio, han publicado una revisión, en la revista Biotechnology Advances, donde describen el modo en que P. aeruginosa forma biofilms, en los que puede convivir con otras especies de microorganismos, y su impacto negativo para la salud global. El grupo investiga la bacteria desde 1999, ya que su versatilidad metabólica le otorga la capacidad de codificar muchos genes relacionados con la síntesis del ADN. «En concreto, es uno de los pocos organismos que puede codificar tres tipos de la enzima ribonucleótido reductasa, clave para la formación de los bloques que forman el ADN. Ello le permite crecer bajo todo tipo de condiciones ambientales e infectar cualquier ser vivo», señala el investigador.
Una comunidad de bacterias
P. aeruginosa puede hallarse en dos formas distintas: como bacteria planctónica o en un biofilm. En la primera, el microorganismo flota libremente, suspendido en un líquido. «En este estado, el patógeno causa una infección aguda, de corta duración, pero con fuertes síntomas. Similar a una sepsis», apunta Torrents. Sin embargo, dentro de un biofilm, su comportamiento cambia. La formación de estos tapices bacterianos confiere protección a los microorganismos. La matriz extracelular, que constituye el 85 por ciento de la biopelícula, mantiene la integridad de la comunidad microbiana, además de permitir la comunicación entre las células y resguardarlas de la acción de los fármacos antibióticos o el sistema inmunitario.
«Los biofilms constituyen un mecanismo de supervivencia», resume Torrents. Aunque un ambiente o agente hostil pueda degradar las capas externas de la biopelícula, las bacterias seguirán reproduciéndose en su interior, hecho que explica la aparición de infecciones crónicas que perduran a lo largo del tiempo. «Resulta extremadamente difícil eliminar las capas internas. Además, por lo general, estas estructuras bacterianas contienen varias especies, con distintas sensibilidades a los antibióticos», destaca.
Las interacciones y sinergias de P. aeruginosa con otros tipos de bacterias, virus u hongos puede empeorar el pronóstico de los pacientes. Entre sus «compañeras criminales», destaca Staphylococcus aureus. «La infección por estas dos bacterias puede llegar a causar lesiones graves en los pulmones, en especial en personas afectadas por la enfermedad pulmonar obstructiva crónica, fibrosis quística o pie diabético», expone el investigador. Ambos microorganismos establecen una relación de cooperación que modifica su patogenicidad. Sin embargo, la coexistencia de P. aeruginosa con otros patógenos, como Streptococcus pneumoniae, hongos, el virus de la gripe o el coronavirus SARS-CoV-2, responsable de la pandemia de COVID-19, también puede causar infecciones pulmonares muy graves.
Comprender la bacteria para combatirla
Reproducir las infecciones de P. aeruginosa en el laboratorio constituye todo un reto. Históricamente, los experimentos se han realizado con bacterias planctónicas, libres en suspensión. No obstante, este modelo no reproduce las características de los biofilms. «Además, el comportamiento del microorganismo difiere según sea su origen. Por ejemplo, una cepa de P. aeruginosa usada de forma rutinaria en el laboratorio es muy distinta de la bacteria aislada de una secreción procedente de un paciente con una infección aguda o crónica», enfatiza Torrents. «Así pues, el uso de la cepa correcta resulta clave para obtener resultados relevantes para la práctica clínica», concluye.
Al parecer, recrear las interacciones microbianas que ocurren dentro de un film constituye uno de los mayores retos para la comunidad científica, ya que las bacterias presentan notables diferencias a nivel metabólico. Por consiguiente, una de las especies acostumbra a dominar el cultivo e inhibir a las demás. «Esto es lo que ocurre con P. aeruginosa. Es un microorganismo muy virulento. En 2019, nuestro equipo describió un protocolo de cocultivo que genera las condiciones adecuadas para que P. aeruginosa y S. aureus formen biofilms estables, similares a los aislados de pacientes y superficies», relata el investigador.
A pesar de las dificultades, los autores se muestran esperanzados y confían en el desarrollo de nuevas estrategias que permitan combatir las biopelículas, así como las infecciones crónicas que ocasionan. «En la actualidad, estamos desarrollando una estrategia basada en nanopartículas. Estas empaquetan moléculas de compuestos antibióticos en su interior, pero también incluyen enzimas capaces de degradar la matriz extracelular de los biofilms. Ello permite liberar los antibióticos en su interior. Sin embargo, la resistencia antibiótica que presenta P. aeroginosa y otras bacterias requiere también del diseño de nuevos fármacos», expone Torrents. «El interés y la inversión permiten que la ciencia avance más rápido. En este sentido, a raíz de la pandemia de la COVID-19, gobiernos, farmacéuticas y sociedad en general parecen haber comprendido que hallar una solución a corto o medio plazo depende de cuán conscientes seamos de esa enfermedad», finaliza.
Marta Pulido Salgado
Referencia: «Pseudomonas aeruginosa biofilms and their partners in crime», de M. M. Cendra y E. Torrents en Biotechnology Advances. 49: 107734, publicación avanzada en internet el 27 de marzo de 2021.
