Ciencia y salud

Por José Antonio Lozano Teruel

Bacterias y biopelículas

Bacterias y biopelículas

Según sus editores la revista GENOMICS AND PROTEOMICS proporciona los últimos avances en los instrumentos, tecnologías y servicios relacionados con las investigaciones genómica y proteómicas. Mensualmente, un científico destacado es el autor del artículo principal. Para el del presente número mes de mayo, que lleva la fecha de mañana, lo ha sido James Netterwald que ha escogido como tema más relevante y actual el de los biofilmes, biocapas o biopelículas bacterianas, cuyo descubrimiento ha hecho cambiar nuestro concepto de las bacterias como seres unicelulares individuales.

Las bacterias derivaron del ancestro universal de los seres vivos hace más de 3.000 millones de años. Desde entonces se han adaptado a todas las variantes circunstancias, se han transformado y, sin duda, sobrevivirán al último hombre y serán los últimos testigos de la extinción de la vida sobre la Tierra. Una de sus estrategias de supervivencia más valiosa ha sido, precisamente, la de su agrupamiento en forma de biofilmes o biocapas. Las implicaciones biosanitarias de esta realidad son de gran magnitud, porque ese fenómeno les hace adquirir tal resistencia que se hace muy difícil luchar contra las infecciones causadas por estos biofilmes. Ello se debe a que la población bacteriana produce una capa de sustancias, exopolisacáridos, que recubren la biopelícula y la hacen impermeable a la acción de los antibióticos.

BIOFILME

Algunos lectores pensarán que los biofilmes sólo se encuentran en ambientes muy reducidos, sin llamar demasiado la atención. Sería erróneo. Están en todos lados y, posiblemente, hasta en las cocinas de nuestros hogares. La gran mayoría de todas las bacterias de nuestro planeta viven en forma de biopelícula donde las bacterias viven en comunidad, en forma sinérgicamente integrada. El ejemplo más cercano es el de la placa dental, y varias veces al día nos esforzamos en combatir el biofilme de bacterias que recubre nuestros dientes para evitar que el desarrollo excesivo de los microorganismos que deteriore nuestro esmalte dental. Pero también son biopelículas el material mucoso que recubre internamente un recipiente en el que hemos tenido depositadas flores, o el material mucoso que cubre vidrios y vasos mal lavados después de unas horas, o la sustancia resbaladiza que recubre las piedras de los lechos de los ríos, los cascos de los barcos o las superficies interiores de una tubería, incluidas las de las redes suministradoras de agua (caso de la legionela en aguas no tratadas adecuadamente), etc. Y la formación de biopelículas no se restringe a ningún grupo específico de microorganismos sino que bajo condiciones ambientales adecuadas todos los microorganismos pueden formarlas. Los biofilmes se producen siempre que haya una superficie en contacto con el agua. Aunque la composición del biofilme es variable, en general, el agua puede representar hasta un 97% del total de su contenido. Además de agua y de las células bacterianas, la matriz del biofilme es un complejo formado principalmente por exopolisacáridos y, en menor cantidad, otras macromoléculas como proteínas, ADN y diversos productos procedentes de la lisis de las bacterias.

En los primeros trabajos que se hicieron sobre la estructura del biofilme, una de las cuestiones más desconocidas era cómo las bacterias del interior del biofilme podían tener acceso a los nutrientes o al oxígeno. Hoy sabemos que la arquitectura de la matriz de la biocapa no es sólida sino moldeable y que presenta poros o canales que facilitan el paso de agua, nutrientes y oxígeno incluso hasta las zonas más profundas del biofilme. La existencia de estos canales no es obstáculo para que en el interior de la estructura se presenten zonas con ambientes distintos, en los que la concentración de nutrientes, pH u oxígeno es diferente. Todo ello se traduce en una mayor diversidad de especies, mayor diversidad metabólica y fisiológica y aumento de la complejidad estructural, consiguiendo la población bacteriana ventajas tales como: protección frente a tóxicos y biocidas, metabolismo más activo, mayor crecimiento, facilitar el intercambio de material genético entre los individuos, mejor intercambio de metabolitos y, sobre todo, una adaptación adecuada al ambiente externo, por duro que éste sea: temperatura, pH, iones, sustancias nocivas, etc..

PELIGROS

Cuando se produce una infección bacteriana y las bacterias se agrupan como biofilmes su resistencia aumenta. Unos ejemplos: en modelos experimentales de sinusitis provocada en conejos por Pseudomonas aeruginosa, el antibiótico tobromicina, a dosis 5 veces superior a las usadas normalmente, resulta ineficaz; en cuanto al Staphylococcus aureus, suele habitar la piel y ser inocuo, pero si pasa a la situación de biofilme produce toxinas peligrosas por lo que, anualmente, mueren en el mundo algunos centenares de miles de personas por contaminaciones ocurridas durante intervenciones quirúrgicas que facilitan la infección de los órganos internos de los pacientes. En cuanto a nuestra cavidad bucal los comportamientos de los correspondientes biofilmes son más complejos ya que en nuestra boca suelen existir más de 700 organismos diferentes.

En el pasado el protagonismo bacteriano (difteria, tuberculosis, cólera, tosferina) lo tuvieron las bacterias patógenas especializadas, contra las que luchamos eficazmente con antibióticos y vacunas. En la actualidad, el protagonismo está siendo usurpado por bacterias ubicuas, capaces de producir infecciones de tipo crónico, que responden pobremente a los tratamientos antibióticos y no pueden prevenirse mediante inmunización. Ejemplos de estas infecciones son las relacionadas con los implantes médicos y otras infecciones crónicas como otitis media, neumonía en pacientes con fibrosis quística, infecciones urinarias crónicas, infecciones de próstata y osteomielitis, en las que las bacterias, en forma de biofilme, se hacen hasta 1000 veces más resistentes a la acción de los anticuerpos, al ataque de las células fagocíticas y a los tratamientos antimicrobianos.

ESPERANZAS

Ante la nueva situación la ciencia ha de producir las respuestas adecuadas y ya comienzan a conocerse datos importantes sobre la fisiología de los biofilmes y la compleja cascada de reguladores que gobiernan su desarrollo, lo que ayudará en el futuro a encontrar inhibidores del proceso al estilo de las ciertas prometedoras sustancias naturales ya estudiadas conocidas como furanonas que ya se ha sabido sintetizar en el laboratorio. O a conocer mejor las sustancias que producen las bacterias cuando “sienten” la proximidad de otras, a fin de favorecer los biofilmes. Muchas preguntas aun quedan en el aire. ¿Cuánto hay de similitud y de diferencias entre los diferentes biofilmes? ¿Expresan los mismos conjuntos de genes las bacterias cuando están en los biofilmes que cuando se cultivan aisladamente, planktónicamente?. Las modernas técnicas de Biología molecular están comenzando a adentrarse en este crucial problema cuyo conocimiento es básico para disponer de armas eficaces en el futuro y se empiezan a poseer conocimientos sobre nuevas señales celulares y nuevas familias de genes relacionados con el proceso.

¿Y qué hacer en nuestros hogares, en nuestras cocinas?. Para asegurar la eliminación de biofilmes es recomendable el uso de productos de limpieza con una buena capacidad de disolución. Esta limpieza adecuada debe incluir un frotado intenso, ya que la mezcla de un buen producto junto con el movimiento mecánico y la presión, aceleran la solubilización del biofilme.