Selección de antibióticos

Visión general

Los investigadores utilizan genes de resistencia a los antibióticos para identificar bacterias que poseen un plásmido que contiene su gen de interés. La resistencia a los antibióticos ocurre naturalmente cuando una mutación espontánea del ADN crea cambios en los genes bacterianos que eliminan la actividad antibiótica. Las bacterias pueden compartir estos nuevos genes de resistencia con su descendencia y otras bacterias. El uso excesivo y el uso indebido de antibióticos han creado una crisis de salud pública, a medida que las bacterias resistentes y multirresistentes continúan desarrollándose.

La resistencia a los antibióticos es una herramienta esencial en la ingeniería genética

Los antibióticos, como la penicilina, son medicamentos que matan o detienen el crecimiento bacteriano. Las bacterias que adquirieron genes de resistencia a antibióticos de forma natural o artificial no responden a los antibióticos. Los científicos explotan esto diseñando plásmidos —pequeñas piezas de ADN autorreplicables— que llevan un gen de resistencia a los antibióticos y un gen de interés. La resistencia a los antibióticos es una parte integral de la clonación del ADN que permite a un investigador identificar células que absorbieron un ADN de interés.

El ADN de interés del investigador se introduce en las células bacterianas mediante un proceso llamado transformación. La transformación bacteriana implica crear temporalmente pequeños agujeros en la pared celular bacteriana para permitir la absorción de ADN externo como un plásmido. Sólo algunas células bacterianas absorben ADN nuevo. Dado que el plásmido incluye tanto el ADN de interés como un gen que confiere resistencia a un antibiótico específico, aplicar el antibiótico a las células bacterianas (es decir, la selección de antibióticos) puede ayudar a determinar qué células fueron modificadas genéticamente.

El investigador extiende las células bacterianas a una placa de cultivo que contiene un antibiótico elegido. Sólo las bacterias que contienen el gen de resistencia a los antibióticos sobreviven y crecen en la placa. Después de unos días, el investigador puede seleccionar una colonia bacteriana para cultivar para otros experimentos, como estudios de expresión génica. Después de la selección de antibióticos, el investigador analizará aún más las bacterias utilizando otros métodos (por ejemplo, PCR) para confirmar que el ADN de interés es correcto. A menudo ocurren errores como que el plásmido no contiene el gen de interés en absoluto.

Las bacterias pueden adquirir resistencia a los antibióticos de forma natural

Las bacterias pueden adquirir resistencia a los antibióticos a través de mutaciones espontáneas del ADN que alteran las proteínas producidas por la célula. Las bacterias resistentes pueden producir proteínas que hacen que el antibiótico se degrade, bombee fuera de la célula o impida que interactúe con su objetivo. Por ejemplo, la vancomicina antibiótica inhibe la síntesis de la pared celular bacteriana. Algunas bacterias han desarrollado resistencia a este antibiótico cambiando los tipos de subunidades de proteínas (aminoácidos) utilizadas en el ensamblaje de su pared celular a aquellas que no se ven afectadas por la vancomicina.

Una vez que los genes de resistencia a los antibióticos emergen, las bacterias pueden transmitirlos a su descendencia. Las bacterias también pueden adquirir genes de resistencia a los antibióticos de otras bacterias de la misma o de diferentes especies a través de un proceso llamado transferencia genética horizontal (TGH). Existen tres mecanismos de TGH: transformación, conjugación y transducción. Los genes de resistencia a los antibióticos a menudo se encuentran en plásmidos o transposones (piezas de ADN que se transfieren fácilmente entre bacterias) que se intercambian durante la TGH. Como resultado, los nuevos tipos de resistencia a los antibióticos pueden propagarse rápidamente a múltiples tipos de bacterias infecciosas.

El uso excesivo clínico y el uso indebido de antibióticos produce “superbacterias”

Los antibióticos son un tratamiento crítico para las infecciones bacterianas. Sin embargo, su uso puede hacer que las bacterias se vuelvan resistentes y hacer que el antibiótico sea ineficaz, lo que conduce a infecciones intratables y potencialmente mortales. El uso excesivo y el uso indebido de antibióticos, por ejemplo, el uso de antibióticos para tratar infecciones virales (en lugar de bacterianas) o para aumentar el crecimiento del ganado, es problemático porque promueve la resistencia.

Los antibióticos hacen que la resistencia evolucione porque matan las bacterias susceptibles y dejan solo a los individuos resistentes. Las bacterias supervivientes se dividen rápidamente, produciendo descendencia con la misma resistencia a los antibióticos. Cuando los antibióticos se utilizan en exceso, esta presión de selección hace que el número de bacterias resistentes en la población aumente rápidamente. Este es un gran problema de salud pública porque aumenta la resistencia a los antibióticos y crea “superbacterias” que son resistentes a múltiples antibióticos. El uso excesivo continuo y el uso indebido de antibióticos pueden eventualmente agotar las opciones de tratamiento para las infecciones bacterianas.