La investigación del microbioma descubre una nueva forma de tolerancia a los antibióticos

Los antibióticos pueden facilitar las infecciones. Pero, ¿cómo afectan los complejos ecosistemas de bacterias amigables que componen nuestro microbioma?

"Cuando un médico prescribe antibióticos, establece un experimento multifacético en su sistema gastrointestinal, "explica Will Ludington de Carnegie" ¿Qué nos puede enseñar esto sobre los principios moleculares de las interacciones de las especies en la naturaleza? "

Nuevo trabajo dirigido por Ludington y K.C. de la Universidad de Stanford. Huang se propuso responder a esta desafiante pregunta y descubrió una nueva forma de tolerancia a los antibióticos. Sus hallazgos, que tienen importantes implicaciones para la salud, son publicados por eLife .

Este es uno de los varios frentes de investigación en los que Ludington utiliza el microbioma de la mosca de la fruta para comprender las interacciones entre especies en una comunidad bacteriana. Representa un entorno ideal para sondear tanto las poblaciones bacterianas naturales como el microbioma humano.

El microbioma humano es un ecosistema de cientos o miles de especies microbianas que viven dentro de nuestras entrañas. Afecta nuestra salud e incluso nuestra longevidad. Pero es difícil dilucidar las innumerables formas en que las diferentes especies que componen nuestro microbioma interactúan e influyen entre sí. incluso en condiciones normales. Una vez que se introducen los antibióticos, poco se sabe sobre cómo estas comunidades vitales se ven afectadas a nivel bioquímico.

Por eso la mosca de la fruta es un modelo tan excelente. A diferencia del microbioma humano, consta de solo un puñado de especies bacterianas.

Realmente queríamos entender cómo la focalización de un antibiótico en procesos fisiológicos específicos impacta las interacciones metabólicas y el intercambio de recursos que ocurre entre especies bacterianas dentro de una comunidad. Esto es especialmente importante porque, en la naturaleza, las bacterias viven en diversas comunidades ".

Andrés Aranda-Díaz, autor principal de la Universidad de Stanford

La simplicidad del microbioma de la mosca de la fruta lo convierte en el vehículo perfecto para revelar cómo esta interacción bioquímica de múltiples especies se ve alterada por la introducción de antibióticos.

"Descubrimos que las interacciones entre especies en el ecosistema del microbioma intestinal influyen en la eficacia de los antibióticos para matar una especie individual dentro de esta comunidad, así como el metabolismo de toda la comunidad, "dijo Huang.

Los investigadores demostraron que cuando un tipo de bacteria del microbioma de la mosca de la fruta, llamado Lactobacillus, que también se encuentra en el yogur, se cultiva junto con una bacteria mosca productora de vinagre llamada Acetobacter, es menos susceptible a la muerte por antibióticos.

Esta es una nueva categoría de un fenómeno llamado tolerancia a los antibióticos, lo que significa que las células mueren mucho más lentamente cuando se encuentran juntas que por sí mismas. La tolerancia puede ser peligrosa porque este retraso aumenta el riesgo de que se desarrolle una resistencia total al antibiótico.

"Normalmente, la tolerancia ocurre cuando una célula ralentiza su metabolismo en respuesta a la exposición a antibióticos, "explicó Ludington." Pero en este caso, la tolerancia está realmente asociada con un aumento del metabolismo ".

Resulta que los Acetobacters consumen el ácido láctico que es excretado como producto de desecho por el vecino Lactobacillus, proporcionando una ventaja de aptitud para ambas especies y provocando la tolerancia que descubrió el equipo.

"Aún no sabemos exactamente cómo sucede, pero creemos que las dos especies bacterianas 'saben' cuando el otro tipo de célula está ahí y responden apropiadamente, ", dijo Benjamin Obadia de UC Berkeley." Estos mecanismos probablemente han evolucionado a partir de la convivencia, y no los habríamos visto si hubiéramos estudiado las dos especies de forma aislada ".

El trabajo del equipo muestra que el microbioma puede ser una herramienta importante para comprender las relaciones dentro de las comunidades de bacterias en el mundo natural a nivel bioquímico.

"También ilustra que la salud del microbioma intestinal debe tenerse en cuenta cada vez que se prescriben antibióticos, "añadió Ludington.

Estudiar los principios que rigen las interacciones especie-especie es clave para comprender tanto sobre los ecosistemas grandes y pequeños, y el microbioma es una herramienta fundamental para explorar estas preguntas.

Otra colaboración publicada recientemente entre Ludington, Huang, y otra investigadora de Stanford, la bióloga Lucy O'Brien, desarrolló una nueva tecnología para visualizar las entrañas de las moscas de la fruta vivas. Llamado Bellymount, les permitió observar células bacterianas individuales en el intestino de una mosca de la fruta viva por primera vez.

"Al observar el microbioma en tiempo real, pudimos medir su dinámica, "dijo Ludington de su periódico, que apareció en PLOS Biology.

El equipo de investigación descubrió que regiones específicas del intestino tienen una alta estabilidad del microbioma y otras tienen un recambio continuo. Esto indica que existen estructuras en el intestino de la mosca de la fruta que mantienen la colonización y abre la puerta a la posibilidad de que las moscas de la fruta hayan desarrollado estas estructuras para mantener sus microbiomas.

"Ahora tenemos el poder de escuchar a escondidas las 'conversaciones' que ocurren entre las bacterias del microbioma, y las células intestinales en su entorno circundante, "dijo Huang

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