Bacterias
¡Qué bueno que estés aquí!
Las bacterias son nuestras amigas, ese es el nuevo lema en medicina. Descubrimientos espectaculares alimentan la esperanza de terapias para enfermedades que antes eran intratables.
Las bacterias de la peste en el metro de Nueva York, los súper gérmenes resistentes en los hospitales universitarios alemanes, los patógenos de la tuberculosis en aumento: estas son solo algunas de las terribles noticias que leemos casi todos los días. Y no solo las infecciones y las epidemias son obra de los microorganismos: también están implicados en la diabetes, las enfermedades cardíacas, el cáncer, la obesidad, el autismo y la depresión. La conclusión obvia es que las bacterias son peligrosas, repugnantes y superfluas, así que deshazte de ellas, una linda idea. Sin embargo, juzga mal el verdadero equilibrio de poder. Porque nuestro planeta no está gobernado por humanos, sino en última instancia por pequeñas criaturas. Sin un microscopio, permanecen ocultos al ojo humano, diez mil de ellos son del tamaño de la cabeza de un alfiler. Las bacterias estaban en el mundo mucho antes que nosotros, crearon la atmósfera oxigenada sin la cual no podríamos existir, y hasta el día de hoy son la base de toda la vida. Su número es enorme, como muestra el ejemplo humano: su cuerpo consta de unos diez billones de células, pero hay diez veces más bacterias sobre y dentro de ellas. Solo las bacterias intestinales pesan casi dos kilogramos, más de lo que pesa un cerebro humano. Solo unos pocos miles de especies han sido estudiadas en detalle. Los expertos estiman que hasta el 99 por ciento de todos los tipos de bacterias aún no se han descrito.
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Una mejor tecnología proporciona nuevos conocimientos
Los investigadores han adquirido muchos conocimientos nuevos sobre las bacterias utilizando métodos modernos de secuenciación, dice Till Strowig del Centro Helmholtz para la Investigación de Infecciones. Imagen: Hallbauer/Fioretti
La investigación bacteriana está experimentando actualmente un auge sin precedentes. "Hace cinco años, todavía podía seguir la literatura en mi campo", dice Till Strowig, jefe del grupo de investigación junior Regulación Inmune Microbiana en el Centro Helmholtz para la Investigación de Infecciones. Mientras tanto, sin embargo, el número de nuevas publicaciones difícilmente puede medirse, informa el investigador de Braunschweig. El rápido aumento del conocimiento es posible gracias a los modernos métodos de secuenciación de alto rendimiento. No solo permiten descifrar el genoma de microorganismos previamente desconocidos de forma rápida y económica, sino que también proporcionan una idea de cómo funcionan las grandes comunidades microbianas.
Los marcapasos del progreso son proyectos espectaculares a gran escala como el Proyecto Microbioma Humano (HMP), que investiga la colonización de humanos con microorganismos. Comenzó en 2008 y los primeros resultados -aparecieron en revistas científicas de renombre como Nature en 2012- fueron noticia en todo el mundo. Según esto, más de 10.000 tipos diferentes de bacterias viven sobre y en el cuerpo humano, y hasta un billón de microorganismos pululan en tan solo un gramo de contenido intestinal. Los investigadores de HMP encontraron comunidades microbianas muy diferentes en los órganos individuales, con una enorme biodiversidad en los intestinos y en los dientes y una diversidad notablemente baja en la vagina.
Los seres humanos y los microbios están tan estrechamente entrelazados que algunos hablan de un superorganismo
Juntas, todas las bacterias humanas tienen alrededor de ocho millones de genes; los humanos solo tienen más de 22 000 de estos genes. Ahora se está investigando cómo el microbioma de una persona, es decir, todos los microorganismos que viven dentro y sobre ella, cambia a lo largo de la vida y qué papel desempeña para mantenerse saludable y enfermarse.
Registros
El ser vivo más antiguo de la Tierra es una bacteria llamada Bacillus permians: se estima que tiene 250 millones de años y fue descubierta en una cueva en Nuevo México en el año 2000. En una solución nutritiva, comenzó a crecer de nuevo.
La bacteria más grande hasta la fecha es la llamada Perla de Azufre de Namibia (Thiomargarita namibiensis). Con un diámetro de hasta 0,75 milímetros, el organismo unicelular es visible a simple vista.
El poseedor del récord mundial de temperatura es Pyrolobus fumarii. La bacteria prospera en temperaturas de hasta 113 grados centígrados. Si la temperatura cae por debajo de los 90 grados, ya no puede reproducirse, simplemente hace demasiado frío para ello.
Las bacterias de la especie Clostridium botulinum producen las toxinas más fuertes conocidas. La dosis letal es de 0,4 nanogramos, un kilogramo podría acabar con toda la humanidad.
Alrededor de 80 millones de bacterias se transmiten cuando se besa con lengua.
La bacteria Deinococcus radiodurans es extremadamente resistente a la radiación. Incluso sobrevive a megadosis de 10.000 Gray: un humano moriría a los 10 Gray. Deinococcus radiodurans se descubrió en la Antártida, pero también se encuentra en el agua de refrigeración de las centrales nucleares y en el intestino humano.
El cuerpo no podría funcionar sin bacterias, como lo han demostrado las investigaciones una y otra vez. Le proporcionan nutrientes y vitaminas, disponen del resto y protegen a su huésped de todo tipo de enfermedades. Las pequeñas criaturas incluso brindan servicios útiles en órganos como los pulmones, que solían considerarse estériles. El apego de las pequeñas criaturas también es sorprendente: el patrón de colonización intestinal se mantiene sorprendentemente estable durante muchos años, como muestra un estudio publicado en la revista Science.
Los humanos y los microbios parecen estar tan estrechamente entrelazados que algunos incluso han hablado de un superorganismo. ¿Quiénes soy y, de ser así, cuántos?, se preguntaba hace unos años un bestseller filosófico. Aún más, responde a la investigación bacteriana y felizmente cuenta con ella.
Con la nueva visión del mundo de los microorganismos, su valoración cambia. En el pasado se enfatizaba sobre todo lo negativo, se les veía como “gérmenes hostiles”. Hoy el foco está en lo positivo y útil. Las bacterias son nuestras amigas es el nuevo eslogan. Y lo que no es una amistad hoy puede convertirse en una mañana. Un ejemplo de esto son las bacterias del género Clostridium, que se encuentran en el suelo y en el tracto digestivo de los organismos superiores. Pueden dañar a las personas, pero también se pueden usar inteligentemente para sus propios fines, por ejemplo, en la terapia contra el cáncer. El año pasado, los médicos estadounidenses lograron reducir los tumores mediante la inyección de bacterias Clostridium novyi modificadas genéticamente. Este tipo de bacteria se encuentra en casi todas partes y puede causar gangrena gaseosa, una enfermedad infecciosa mortal. Para su crecimiento, necesita exactamente el ambiente bajo en oxígeno que prevalece dentro de un nódulo canceroso. Después de que la opción de tratamiento se probara en estudios con animales, los investigadores la aplicaron a una mujer con un tumor muscular avanzado. Desarrolló fiebre e inflamación severa, pero el cáncer desapareció. Los médicos especulan que la bacteria probablemente mate las células tumorales y también desencadene una reacción defensiva en el sistema inmunitario. Si su método demuestra su valor en estudios más amplios, podría complementar los métodos clásicos como la quimioterapia y la radioterapia en el futuro.
Actualmente se está probando otra terapia bacteriana en el Centro Max Delbrück de Medicina Molecular de Berlín. Un gen de la bacteria Clostridium perfringens, que puede causar intoxicación alimentaria, se inyecta en los tumores del páncreas. El gen contiene el modelo de una toxina bacteriana que se producirá en la célula cancerosa para luego perforar su caparazón y provocar su muerte. Los resultados de los primeros experimentos con animales son muy alentadores, informa el director del estudio, Wolfgang Walther. En poco tiempo, los tumores se habían reducido y el tejido canceroso se había descompuesto. Walther espera que algún día su terapia génica pueda ayudar a eliminar los últimos restos de un tumor durante o después de una operación. Y no solo con el cáncer de páncreas, sino también con el cáncer de colon.
La medicina todavía tiene poco control sobre la especie Clostridium difficile. En los humanos, los gérmenes robustos que forman parte de la flora intestinal normal pueden multiplicarse masivamente después de la terapia con antibióticos y causar diarrea crónica. Los científicos del Laboratorio Europeo de Biología Molecular de Hamburgo proponen un nuevo tipo de terapia biológica: bacteriófagos modificados genéticamente, virus que solo atacan a las bacterias, entrarían en los gérmenes problemáticos, los perforarían desde el interior y, en última instancia, los abrirían. Sin embargo, la idea interesante de la investigación básica aún está muy lejos de la aplicación práctica.
Los médicos ya están logrando un éxito asombroso con estos pacientes con diarrea con trasplantes de heces. Los afectados, para quienes han fallado todas las demás terapias, reciben pequeñas cantidades de heces de donantes sanos junto con sus bacterias intestinales. Los organismos trasplantados casi siempre se asientan y ponen a los microbios Clostridium difficile en límites saludables: el método puede curar la diarrea en más del 90 por ciento de los pacientes, como lo demostró un estudio con un tratamiento farmacológico previamente infructuoso. Ya hay bancos para facilitar el acceso a muestras de donantes que han sido examinados previamente para detectar enfermedades infecciosas. Pero la terapia todavía está reservada para casos individuales. Después de todo, el procedimiento es relativamente nuevo, faltan estándares de terapia y las consecuencias a largo plazo aún no están claras. De todos modos, un caso en Estados Unidos llama a la vigilancia: allí, una paciente que antes tenía un peso normal y que había recibido heces de su hija sana pero obesa, ganó mucho peso después del trasplante y no volvió a perder peso a pesar de los intentos decididos de recuperarla. perder peso. Las conexiones exactas aún no se conocen; Desde entonces, solo se han utilizado trasplantes de heces de personas que no tienen sobrepeso en la clínica de tratamiento, informaron recientemente los autores del estudio de caso.
Histórico
En 1677, el holandés Antoni van Leeuwenhoek describió por primera vez las bacterias que observó al microscopio.
En 1876, Robert Koch descubrió el patógeno del ántrax, Bacillus anthracis, y en 1882, el germen de la tuberculosis, Mycobacterium tuberculosis.
En 1928, Alexander Fleming comenzó a desarrollar el antibiótico germicida penicilina.
En 1983, los australianos Barry Marshall y John Robin Warren descubrieron que Helicobacter pylori causa úlceras estomacales.
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Lector moderno
Michael Schloter en un secuenciador que se puede usar para decodificar grandes cantidades de ADN en poco tiempo. Imagen: Petra Nehrmeyer/Centro Helmholtz de Múnich
"Estamos al comienzo de un desarrollo completamente nuevo y aún queda mucho por determinar", dice Michael Schloter, jefe del departamento de Genómica Ambiental en el Helmholtz Zentrum München. Cuando este microbiólogo capacitado en plantas y suelos comenzó su carrera hace veinte años, solo ocasionalmente se ocupaba de problemas médicos. Eso ha cambiado radicalmente, informa Schloter, hoy los aspectos ecológicos y de salud se consideran juntos. Un desarrollo lógico, porque para los microorganismos, los humanos son uno de los muchos ecosistemas a través de cuyas fronteras se comunican constantemente entre sí. “Los microbiomas de humanos, animales o plantas están constantemente intercambiando información, esto sucede prácticamente con cada respiración y cada apretón de manos”, dice el científico. Se pueden observar ciertos patrones de interacción que, sin embargo, solo se comprenden parcialmente.
Lo que une a Michael Schloter en Múnich, Till Strowig en Braunschweig y muchos de sus colegas en todo el mundo es el intento de describir con precisión el llamado microbioma central. Este término se refiere al equipo microbiano mínimo que un ecosistema necesita para funcionar adecuadamente. "Hemos recorrido un largo camino en el campo de las plantas", dice Schloter, "pero todavía estamos al principio con los humanos". El objetivo es descubrir cómo el género, la edad, el origen y el estilo de vida influyen en el microbioma central. Con este conocimiento, puede ser posible en el futuro identificar y compensar las deficiencias individuales. Esto abre nuevas perspectivas tanto para la medicina como para la industria alimentaria: algunas empresas ya están investigando intensamente en este campo.
Las grandes visiones dan fuerza a las pequeñas cosas de la vida cotidiana en el laboratorio. En un futuro cercano, esto girará en torno a dos preguntas: ¿Con qué organismos estamos tratando? ¿Y qué pueden hacer? Mucho depende de las respuestas correctas, dice la infectóloga estadounidense Katherine Lemon del Instituto Forsyth en Washington: “Sabemos cómo perturbar una comunidad; cómo restaurarlos a un estado saludable es algo que aún tenemos que aprender".
Literatura
Bernhard Kegel: Los gobernantes del mundo. Cómo los microbios determinan nuestras vidas, DuMont Buchverlag, Colonia 2015
Hanno Charisius, Richard Friebe: Bund fürs Leben. Por qué las bacterias son nuestras amigas, Carl Hanser Verlag, Múnich 2014
Giulia Enders: Encantadores intestinos. Todo sobre un órgano subestimado, editorial de libros Ullstein, Berlín 2014
Gerhard Gottschalk: Mundo de bacterias. Los gobernantes invisibles de nuestro planeta, Wiley-VCH Verlag, Weinheim 2009
Este texto es un artículo de nuestra revista de investigación Helmholtz Perspectives, número de marzo/abril de 2015. También puede leer la entrevista relacionada con Hauke Herms sobre las nuevas posibilidades de la investigación bacteriana "Podemos observar la naturaleza en acción".
30/04/2015 , Lilo Berg
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