Bacterias 'Staphylococcus aureus' escapando de la destrucción por células blancas humanas. Fuente: Wikipedia.
Las bacterias constituyen uno de los grupos de microorganismos más amplios. Por un lado, son beneficiosos ya que regulan y mantienen la vida en nuestro planeta. Por otro, nos invaden e infectan, pudiendo ocasionar graves enfermedades. Para combatir este problema, los científicos se esfuerzan en la búsqueda de mecanismos que permitan evitar la proliferación, en nuestro interior, de aquellos organismos que traen consigo la generación de diversas patologías.
Los patógenos logran esquivar los avances científicos y tecnológicos generando una lucha constante. Un combate en el que ciencia, tecnología y patógenos van co-evolucionando uno en función de los otros. Para ello, las bacterias han adoptado un amplio rango de mecanismos que les permiten resistir y adaptarse a las nuevas condiciones y, así, poder colonizar e invadir los organismos humanos de los que se alimentan.
Investigadores del Institut Pasteur han realizado un interesante y exhaustivo trabajo publicado en Microbes and Infection, una de las revistas más importantes del mundo en microbiología, en la que muestran la gran diversidad de mecanismos que emplean las bacterias patógenas para adherirse y multiplicarse en la superficie de las células hospedadoras.
Los autores, además, describen los procesos de entrada y proliferación en el interior de las células y cómo estos patógenos logran atravesar las barreras epiteliales y endoteliales. De ahí que tener un profundo conocimiento de estos procesos nos permite tener cierta ventaja en este gran combate.
Por otro lado, este trabajo permite caracterizar y conocer la microbiota de los individuos. Es decir, conocer qué tipos de bacterias habitan de forma natural en nuestro organismo. Ello abre nuevas vías para el desarrollo de un diagnóstico personalizado basado en los diferentes microorganismos que conviven con nosotros, lo que permitirá desarrollar nuevos tratamientos con los que prevenir y limitar infecciones producidas por patógenos bacterianos.
La importancia evolutiva de las bacterias
Hoy en día resulta habitual escuchar como determinadas especies están en peligro de extinción y algunas, prácticamente, han quedado reducidas a zonas muy concretas. Este no es el caso de las bacterias. Ellas han ido modificando sus mecanismos de adaptación para sobrevivir a los cambios evolutivos que se han producido en los organismos hospedadores, es decir, en los organismos que necesitan para poder sobrevivir y continuar reproduciéndose.
Pensemos por un momento en la diversidad de mecanismos evolutivos que han tenido que afrontar las bacterias patógenas para superar todos los obstáculos con los que se han ido encontrando. A lo largo del tiempo se han ido adaptando a éstos para poder sobrevivir. Y no sólo eso. A todo esto hay que añadir el hecho que los avances que se están dando en la ciencia son inmensos. Por tanto, también han tenido que superar los avances biotecnológicos que pretenden su destrucción. El claro ejemplo es el de los antibióticos.
Nuestra convivencia con las bacterias
Las bacterias son unos microorganismos con los que convivimos a diario y compartimos todos los ambientes, incluidos nosotros mismos. Pero, no nos alarmemos. Convivir con las bacterias no es una amenaza constante y no significa que la probabilidad de caer enfermos sea elevada.
Recordemos que nuestro cuerpo, digámoslo así, es como una gran fortaleza que las bacterias tienen que atravesar y para poder llegar a su objetivo necesitan salvar una serie de obstáculos que nuestro cuerpo va poniendo para poder defenderse. Uno de los obstáculos más importante es precisamente este grupo de bacterias que conviven con nosotros y también nos defienden. Por eso, el camino no es tan sencillo para aquellos pequeños microorganismos que nos quieren infectar.
Sin embargo, hay ocasiones en que nuestras defensas fallan y las bacterias llegan a su órgano o tejido objetivo y ahí empiezan a diseminarse por todo el cuerpo. Por eso es necesario, para entender la patogenia de las bacterias, tener en cuenta las características de cada huésped.
Los patógenos logran esquivar los avances científicos y tecnológicos generando una lucha constante. Un combate en el que ciencia, tecnología y patógenos van co-evolucionando uno en función de los otros. Para ello, las bacterias han adoptado un amplio rango de mecanismos que les permiten resistir y adaptarse a las nuevas condiciones y, así, poder colonizar e invadir los organismos humanos de los que se alimentan.
Investigadores del Institut Pasteur han realizado un interesante y exhaustivo trabajo publicado en Microbes and Infection, una de las revistas más importantes del mundo en microbiología, en la que muestran la gran diversidad de mecanismos que emplean las bacterias patógenas para adherirse y multiplicarse en la superficie de las células hospedadoras.
Los autores, además, describen los procesos de entrada y proliferación en el interior de las células y cómo estos patógenos logran atravesar las barreras epiteliales y endoteliales. De ahí que tener un profundo conocimiento de estos procesos nos permite tener cierta ventaja en este gran combate.
Por otro lado, este trabajo permite caracterizar y conocer la microbiota de los individuos. Es decir, conocer qué tipos de bacterias habitan de forma natural en nuestro organismo. Ello abre nuevas vías para el desarrollo de un diagnóstico personalizado basado en los diferentes microorganismos que conviven con nosotros, lo que permitirá desarrollar nuevos tratamientos con los que prevenir y limitar infecciones producidas por patógenos bacterianos.
La importancia evolutiva de las bacterias
Hoy en día resulta habitual escuchar como determinadas especies están en peligro de extinción y algunas, prácticamente, han quedado reducidas a zonas muy concretas. Este no es el caso de las bacterias. Ellas han ido modificando sus mecanismos de adaptación para sobrevivir a los cambios evolutivos que se han producido en los organismos hospedadores, es decir, en los organismos que necesitan para poder sobrevivir y continuar reproduciéndose.
Pensemos por un momento en la diversidad de mecanismos evolutivos que han tenido que afrontar las bacterias patógenas para superar todos los obstáculos con los que se han ido encontrando. A lo largo del tiempo se han ido adaptando a éstos para poder sobrevivir. Y no sólo eso. A todo esto hay que añadir el hecho que los avances que se están dando en la ciencia son inmensos. Por tanto, también han tenido que superar los avances biotecnológicos que pretenden su destrucción. El claro ejemplo es el de los antibióticos.
Nuestra convivencia con las bacterias
Las bacterias son unos microorganismos con los que convivimos a diario y compartimos todos los ambientes, incluidos nosotros mismos. Pero, no nos alarmemos. Convivir con las bacterias no es una amenaza constante y no significa que la probabilidad de caer enfermos sea elevada.
Recordemos que nuestro cuerpo, digámoslo así, es como una gran fortaleza que las bacterias tienen que atravesar y para poder llegar a su objetivo necesitan salvar una serie de obstáculos que nuestro cuerpo va poniendo para poder defenderse. Uno de los obstáculos más importante es precisamente este grupo de bacterias que conviven con nosotros y también nos defienden. Por eso, el camino no es tan sencillo para aquellos pequeños microorganismos que nos quieren infectar.
Sin embargo, hay ocasiones en que nuestras defensas fallan y las bacterias llegan a su órgano o tejido objetivo y ahí empiezan a diseminarse por todo el cuerpo. Por eso es necesario, para entender la patogenia de las bacterias, tener en cuenta las características de cada huésped.
Atravesando nuestras fronteras
Si estamos rodeados por bacterias en todo cuanto ambiente nos movemos, parece que las posibilidades de éxito que puedan tener éstas son bastante elevadas. Sin embargo, esto no sucede si nos encontramos en perfecto estado de salud y nuestro sistema inmunológico no esté comprometido.
Entonces, ¿qué es lo que hace que el fracaso sea mayor que el éxito? Para poder aclararlo sigamos un poco el ciclo de una bacteria desde que logra adherirse a nuestro cuerpo hasta que penetra en nuestras células internas y se disemina, logrando la formación de una grave infección.
Efectivamente, los muros que deben vencer para llegar a alcanzar su objetivo son altos. En un primer momento, nuestra piel y mucosas constituyen una primera barrera, realmente muy eficaz. De hecho, de todas las cepas de bacterias con las que contactamos, sólo unas pocas logran adherirse y reproducirse.
Para poder atravesar estas primeras barreras, las bacterias, han logrado producir proteasas, unas enzimas que facilitan la ruptura de dichas barreras. En otras cepas, han desarrollado unas estructuras denominadas pili, unos orgánulos similares a pelos que sobresalen de la superficie de las bacterias y les permiten adherirse a las células huésped. Incluso, han llegado a desarrollar resistencia a antimicrobianos para poder circular a través de la capa de moco que recubre las barreras iniciales y acceder a una capa más interna del organismo.
Es impresionante comprobar como microorganismos de este calibre han logrado modificar estos pili mediante procesos de desestabilización separándose, así, de la microcolonia (biopelículas) de la que forman parte. A través de este proceso les resulta más fácil su diseminación a zonas alejadas del sitio de infección.
Alterando la renovación epitelial
La comunidad microbiana del intestino, es especialmente importante. Y es aquí, en este microambiente, en el que los patógenos han desarrollado otro mecanismo de defensa muy interesante. En general, cuando se detectan lesiones o fallos en células nuestro organismo responde mediante la destrucción de éstas y promueve la renovación epitelial. Pues bien, las bacterias patógenas lo que hacen es evitar esta renovación, y ¿que consiguen con ello? Inducir la formación de una brecha con el fin de acceder a los tejidos subyacentes.
La adhesión, por tanto, representa un paso crucial para la internalización de las bacterias. Este proceso constituye un mecanismo clave en la formación de biopelículas, estructuras que les confieren un modo de crecimiento protegido y permite a las bacterias sobrevivir en un entorno hostil. Gracias a éstas, las bacterias se hacen más resistentes a las defensas del huésped o a tratamientos con antibióticos.
Combate a larga distancia e intracelular
Una vez adheridas existen bacterias que no necesitan llegar a invadir los tejidos ya que provocan daño a distancia. Pero ¿cómo lo hacen? Secretan una serie de toxinas que circulan por la sangre e invaden órganos y tejidos. Este es el caso de la bacteria que provoca la difteria, por ejemplo. Se fija en la faringe y desde ahí provoca infección en riñón, corazón y otros tejidos.
A continuación, muchas de ellas necesitan diseminarse para poder acceder a los órganos o tejidos internos. Así que algunas bacterias han adquirido la capacidad de adoptar un estilo de vida intracelular y han logrado introducirse en el interior de diferentes tipos de células para replicarse lejos de las defensas del sistema inmune del hospedador y así evadir los anticuerpos. Estas células, a su vez, les permiten migran a través de tejidos del hospedador, facilitando así la diseminación de las bacterias a lo largo del cuerpo.
Sin embargo, ante este ataque, las células huésped también han desarrollado diferentes mecanismos dirigidos específicamente a estas bacterias intracelulares. Pero, aún así, los patógenos intracelulares han desarrollado diferentes estrategias para lograr una infección intracelular con éxito.
Este el caso de los fagocitos, unas células presentes en sangre y otros tejidos, que lo que hacen es engullir las bacterias patógenas e introducirlos en su interior con la intención de destruirlos mediante la secreción de sustancias ácidas. ¿Y qué han hecho las bacterias en contraposición? pues han logrado bloquear esta acidificación, de esta manera evitan su muerte lo que les permite sobrevivir en dichas células.
Algunos de estos fagocitos tienen capacidad para migrar a través de tejidos y esto supone a los patógenos una forma muy interesante de difundirse dentro de su huésped. Esto es lo que pasa con Mycobacterium tuberculosis, responsable de la tuberculosis y de Legionella pneumophila.
Finalmente, las bacterias patógenas pueden llegar a acceder a los tejidos u órganos más profundos empleando diversos mecanismos que les permitan acceder al torrente sanguíneo. Y este constituye un portal de entrada potencial a todos los órganos receptores. Algo que se asocia ya a síntomas clínicos graves.
Para finalizar
Sin ninguna duda la lucha contra las bacterias la seguiremos manteniendo durante toda la historia de la humanidad. Ellas nos han cambiado, nosotros a ellas. En este ir y venir el conocimiento que vamos desarrollando es una de nuestras mejores armas. Ahora bien, el presente trabajo nos muestra la complejidad molecular de todos los procesos biológicos que entran en juego.
Parece, por tanto, que estamos muy lejos del final. Tanto es así, que la propia biotecnología, con el desarrollo de nuevas subespecies bacterianas, abre una serie de interesantes incógnitas.
Si estamos rodeados por bacterias en todo cuanto ambiente nos movemos, parece que las posibilidades de éxito que puedan tener éstas son bastante elevadas. Sin embargo, esto no sucede si nos encontramos en perfecto estado de salud y nuestro sistema inmunológico no esté comprometido.
Entonces, ¿qué es lo que hace que el fracaso sea mayor que el éxito? Para poder aclararlo sigamos un poco el ciclo de una bacteria desde que logra adherirse a nuestro cuerpo hasta que penetra en nuestras células internas y se disemina, logrando la formación de una grave infección.
Efectivamente, los muros que deben vencer para llegar a alcanzar su objetivo son altos. En un primer momento, nuestra piel y mucosas constituyen una primera barrera, realmente muy eficaz. De hecho, de todas las cepas de bacterias con las que contactamos, sólo unas pocas logran adherirse y reproducirse.
Para poder atravesar estas primeras barreras, las bacterias, han logrado producir proteasas, unas enzimas que facilitan la ruptura de dichas barreras. En otras cepas, han desarrollado unas estructuras denominadas pili, unos orgánulos similares a pelos que sobresalen de la superficie de las bacterias y les permiten adherirse a las células huésped. Incluso, han llegado a desarrollar resistencia a antimicrobianos para poder circular a través de la capa de moco que recubre las barreras iniciales y acceder a una capa más interna del organismo.
Es impresionante comprobar como microorganismos de este calibre han logrado modificar estos pili mediante procesos de desestabilización separándose, así, de la microcolonia (biopelículas) de la que forman parte. A través de este proceso les resulta más fácil su diseminación a zonas alejadas del sitio de infección.
Alterando la renovación epitelial
La comunidad microbiana del intestino, es especialmente importante. Y es aquí, en este microambiente, en el que los patógenos han desarrollado otro mecanismo de defensa muy interesante. En general, cuando se detectan lesiones o fallos en células nuestro organismo responde mediante la destrucción de éstas y promueve la renovación epitelial. Pues bien, las bacterias patógenas lo que hacen es evitar esta renovación, y ¿que consiguen con ello? Inducir la formación de una brecha con el fin de acceder a los tejidos subyacentes.
La adhesión, por tanto, representa un paso crucial para la internalización de las bacterias. Este proceso constituye un mecanismo clave en la formación de biopelículas, estructuras que les confieren un modo de crecimiento protegido y permite a las bacterias sobrevivir en un entorno hostil. Gracias a éstas, las bacterias se hacen más resistentes a las defensas del huésped o a tratamientos con antibióticos.
Combate a larga distancia e intracelular
Una vez adheridas existen bacterias que no necesitan llegar a invadir los tejidos ya que provocan daño a distancia. Pero ¿cómo lo hacen? Secretan una serie de toxinas que circulan por la sangre e invaden órganos y tejidos. Este es el caso de la bacteria que provoca la difteria, por ejemplo. Se fija en la faringe y desde ahí provoca infección en riñón, corazón y otros tejidos.
A continuación, muchas de ellas necesitan diseminarse para poder acceder a los órganos o tejidos internos. Así que algunas bacterias han adquirido la capacidad de adoptar un estilo de vida intracelular y han logrado introducirse en el interior de diferentes tipos de células para replicarse lejos de las defensas del sistema inmune del hospedador y así evadir los anticuerpos. Estas células, a su vez, les permiten migran a través de tejidos del hospedador, facilitando así la diseminación de las bacterias a lo largo del cuerpo.
Sin embargo, ante este ataque, las células huésped también han desarrollado diferentes mecanismos dirigidos específicamente a estas bacterias intracelulares. Pero, aún así, los patógenos intracelulares han desarrollado diferentes estrategias para lograr una infección intracelular con éxito.
Este el caso de los fagocitos, unas células presentes en sangre y otros tejidos, que lo que hacen es engullir las bacterias patógenas e introducirlos en su interior con la intención de destruirlos mediante la secreción de sustancias ácidas. ¿Y qué han hecho las bacterias en contraposición? pues han logrado bloquear esta acidificación, de esta manera evitan su muerte lo que les permite sobrevivir en dichas células.
Algunos de estos fagocitos tienen capacidad para migrar a través de tejidos y esto supone a los patógenos una forma muy interesante de difundirse dentro de su huésped. Esto es lo que pasa con Mycobacterium tuberculosis, responsable de la tuberculosis y de Legionella pneumophila.
Finalmente, las bacterias patógenas pueden llegar a acceder a los tejidos u órganos más profundos empleando diversos mecanismos que les permitan acceder al torrente sanguíneo. Y este constituye un portal de entrada potencial a todos los órganos receptores. Algo que se asocia ya a síntomas clínicos graves.
Para finalizar
Sin ninguna duda la lucha contra las bacterias la seguiremos manteniendo durante toda la historia de la humanidad. Ellas nos han cambiado, nosotros a ellas. En este ir y venir el conocimiento que vamos desarrollando es una de nuestras mejores armas. Ahora bien, el presente trabajo nos muestra la complejidad molecular de todos los procesos biológicos que entran en juego.
Parece, por tanto, que estamos muy lejos del final. Tanto es así, que la propia biotecnología, con el desarrollo de nuevas subespecies bacterianas, abre una serie de interesantes incógnitas.
Referencia bibliográfica:
Ribet D. y Cossart P. How bacterial pathogens colonize their hosts and invade deeper tissues. Microbes and Infection. Microbes and Infection (2015): DOI:10.1016/j.micinf.2015.01.004.
Ribet D. y Cossart P. How bacterial pathogens colonize their hosts and invade deeper tissues. Microbes and Infection. Microbes and Infection (2015): DOI:10.1016/j.micinf.2015.01.004.