Antibióticos (I): el arma definitiva contra las infecciones (o eso pensábamos)

Todos estamos familiarizados con los antibióticos, y seguro que os han sacado de apuros más de una vez. Faringitis, gastroenteritis, infecciones de orina… No debemos temerles si tenemos un buen antibiótico a mano. Ahora bien, ¿qué son exactamente los antibióticos? ¿De dónde proceden? ¿Cómo funcionan? ¿Tienen alguna limitación? Hoy daremos respuesta a estas preguntas.

Un arma prestada

Un antibiótico es una sustancia que tiene la capacidad de matar o frenar el crecimiento de bacterias [a], y que es producido por otros microorganismos. Sí, sí, lo que leéis: existen algunos microorganismos (como el hongo Penicillium notatum o la bacteria Streptomyces griseus) que se dedican a fabricar sustancias que emplean para dejar fuera de combate a otros competidores microbianos. Por lo tanto, los antibióticos no son un invento humano; podemos decir que nos hemos aprovechado del armamento natural de estos microorganismos en nuestra particular guerra contra las bacterias patógenas.

Sin embargo, hay que decir que también existen sustancias microbicidas sintéticas. Es por eso que existe el término antimicrobiano, que engloba tanto los antibióticos como otros microbicidas sintéticos. De hecho, la mayoría de antimicrobianos usados hoy en día son sintéticos o modificaciones sintéticas de antibióticos naturales.

Un poco de historia

Alexander Fleming fue el primero en describir los efectos de la penicilina en las bacterias, allá en el  año 1928 [1]. El investigador escocés estaba trabajando con cultivos de bacterias llamadas Staphylococcus, cuando por casualidad una de las placas que usaba para cultivarlas se contaminó con un hongo. Fleming observó que las bacterias que rodeaban al hongo se estaban muriendo. Gracias a su perspicacia, dedujo que ese hongo, Penicillium notatum (del mismo género que el moho que crece en las naranjas), producía una sustancia que mataba a las bacterias, y la bautizó con el nombre de penicilina.

Recreación del descubrimiento de la penicilina por Fleming. Las bacterias se pueden cultivar en el laboratorio en placas que contienen un medio de cultivo gelatinoso (es decir, comida para bacterias). Crecen formando colonias (visibles a simple vista) encima de esta especie de gelatina. Las placas tienen que estar tapadas siempre que sea posible, porque si no sucede lo que le pasó a Fleming: se contaminan con las esporas que hay en el aire y crecen hongos dentro (también les gusta la comida para bacterias). Aunque en este caso el hongo fue bienvenido.

Recreación del descubrimiento de la penicilina por Fleming. Las bacterias se pueden cultivar en el laboratorio en placas que contienen un medio de cultivo gelatinoso (es decir, comida para bacterias). Crecen formando colonias (visibles a simple vista) encima de esta especie de gelatina. Las placas tienen que estar tapadas siempre que sea posible, porque si no sucede lo que le pasó a Fleming: se contaminan con las esporas que hay en el aire y crecen hongos dentro (también les gusta la comida para bacterias). Aunque en este caso el hongo fue bienvenido.

Dos especies de Penicillium creciendo en la piel de una naranja. Fuente: http://www.uoguelph.ca/~gbarron/MISCELLANEOUS/penicill.htm

Dos especies de Penicillium creciendo en la piel de una naranja. Fuente: George Barron’s Website on Fungi

Fleming no profundizó en el estudio de la penicilina para tratar enfermedades infecciosas, porque pensaba que era imposible conseguir concentraciones suficientemente altas del fármaco en la sangre de los pacientes para acabar con los patógenos. Sin embargo, otros científicos (fundamentalmente Florey, Chain y Heatley) decidieron seguir precisamente esta línea de investigación [2]. Gracias a sus esfuerzos y al interés de los estados implicados en la Segunda Guerra Mundial, se logró purificar la penicilina y producirla en masa como tratamiento contra varias enfermedades infecciosas [3]. He aquí el inicio de la era de los antibióticos, que han mejorado muchísimo la calidad de vida de la humanidad (o al menos de la parte de la humanidad que se puede permitir utilizarlos).

¿Cómo funcionan?

Los antibióticos sirven para combatir infecciones causadas única y exclusivamente por bacterias. Más adelante veremos que es importante recordarlo.

Existen dos tipos de antibióticos: los antibióticos bactericidas (que matan bacterias, como el nombre indica) y los antibióticos bacteriostáticos (que no las matan, pero ralentizan su crecimiento para que el sistema inmune pueda eliminarlas).

Por otro lado, también hay que considerar el espectro de los distintos antibióticos. Es decir, contra qué tipos de bacterias son eficaces, porque no todos sirven para tratar cualquier infección. Cuando un antibiótico puede actuar contra muchos tipos diferentes de bacterias se dice que es de amplio espectro. Cuando sólo unas pocas bacterias son sensibles a él, se dice que su espectro es reducido.

A continuación veremos ejemplos de cómo actúan algunos antibióticos.

La penicilina es un antibiótico bactericida. Aún no hemos hablado en detalle de la estructura de las bacterias, pero la mayoría de ellas tiene una pared celular que recubre su membrana y las protege. La penicilina inhibe precisamente la formación de esta estructura. Cuando una bacteria se reproduce, necesita sintetizar pared nueva para cubrir a sus dos células hijas, y además ésta participa activamente en el proceso de división. Si una bacteria intenta dividirse en presencia de penicilina, el resultado es que perderá su pared celular (ver esquema) y por tanto quedará desprotegida. Lo más probable es que muera en cuestión de segundos. De la misma forma funciona la amoxicilina, que en España se distribuye comercialmente como Augmentine, en un preparado junto con ácido clavulánico. En la próxima entrada veremos qué es este compuesto.

Ejemplo de la división de una bacteria en condiciones normales, y de lo que sucede si intenta dividirse en presencia de penicilina (o amoxicilina). En este caso, al no poder sintetizar nueva pared celular, ésta se rompe. El intento  de división fracasa y, por si fuera poco, la pobre bacteria se queda sin pared, expuesta a las inclemencias del entorno (que pronto acabarán con ella).

Ejemplo de la división de una bacteria en condiciones normales, y de lo que sucede si intenta dividirse en presencia de penicilina (o amoxicilina). En este caso, al no poder sintetizar nueva pared celular, ésta se rompe. El intento de división fracasa y, por si fuera poco, la pobre bacteria se queda sin pared, expuesta a las inclemencias del entorno (que pronto acabarán con ella).

La ciprofloxacina es también bactericida, y tiene un espectro muy amplio. No obstante, es especialmente conocida por ser el antibiótico que se utiliza para tratar el ántrax, enfermedad causada por la inhalación de esporas de Bacillus anthracis [4]. Este antibiótico funciona de una forma muy distinta a la penicilina y la amoxicilina.

Cuando una célula va a dividirse, lo primero que tiene que hacer es copiar su ADN para poder distribuirlo entre sus dos células hijas; esto se aplica tanto a las bacterias como a nosotros. Precisamente, la ciprofloxacina inhibe una enzima que participa en la copia (o replicación) del ADN bacteriano: la ADN girasa [2].Ahora veremos cómo funciona esta enzima, pero antes hay que recordar la estructura del ADN: la doble hélice. Pues bien, para que se pueda copiar el ADN, primero hay que desenrollarlo. Aquí es donde entra en acción la ADN girasa, que literalmente va girando (de ahí el nombre) para desenrollar el ADN durante su replicación.

Imaginaos dos hilos enrollados el uno entorno al otro. Si se intentan separar por la fuerza, tirando de sus extremos, lo más probable es que termine haciéndose un nudo. Eso es lo que sucede cuando la ciprofloxacina inhibe la ADN girasa: el ADN se hace un nudo y se rompe. Y a una bacteria con el ADN hecho pedazos sólo le puede esperar un destino: la muerte. Por eso, la ciprofloxacina es bactericida.

Cuando el ADN se replica, a partir de cada una de las dos cadenas originales se fabrica una nueva cadena complementaria. Para que esto pueda ser así, las cadenas originales tienen que desenrollarse. Si la ADN girasa no funciona (si está inhibida), el ADN original no se puede desenrollar y termina rompiéndose. Eso es lo que sucede si una bacteria intenta dividirse en presencia de ciprofloxacina y, por lo tanto, acaba muriendo.

Cuando el ADN se replica, a partir de cada una de las dos cadenas originales se fabrica una nueva cadena complementaria. Para que esto pueda ser así, las cadenas originales tienen que desenrollarse. Si la ADN girasa no funciona (si está inhibida), el ADN original no se puede desenrollar y termina rompiéndose.
Eso es lo que sucede si una bacteria intenta dividirse en presencia de ciprofloxacina y, por lo tanto, acaba muriendo.

El cloranfenicol, por contra, es un antibiótico bacteriostático. Su modus operandi es inhibir los ribosomas, los orgánulos celulares que sintetizan proteínas. Esto no mata a las bacterias, que pueden ir sobreviviendo con las proteínas que ya tenían antes de que llegara el cloranfenicol. Lo que sí hace es evitar que se reproduzcan, porque para ello necesitan fabricar proteínas, tanto para copiar el ADN y dividirse, como para que puedan sobrevivir las células hijas.

El cloranfenicol se utiliza muy poco en los países occidentales porque, aunque es bastante eficaz y de amplio espectro, provoca numerosos efectos secundarios. Normalmente se reserva para tratar infecciones provocadas por bacterias resistentes a otros antibióticos.

¿Cuándo debemos tomarlos?

En nuestro día a día, la mayoría de infecciones que sufrimos son causadas por virus y bacterias. En muchas ocasiones, ambos pueden provocar la misma enfermedad (por ejemplo, faringitis o gastroenteritis), con lo que es difícil discernir cuándo una infección es vírica y cuándo es bacteriana. Eso es un trabajo que debe hacer un médico.

Cuando una infección es bacteriana, ya hemos visto que basta con tomar antibióticos para curarnos. En el caso de las infecciones víricas, por contra, no suele haber un tratamiento curativo. Simplemente debemos reposar y tomar algún analgésico u otros fármacos para paliar los síntomas. Por lo tanto, tomar antibióticos cuando estamos infectados por un virus no nos aportará ningún beneficio. Es más: estaremos matando a las bacterias de nuestra microbiota, lo cual no nos conviene en absoluto. Es por eso que sólo debemos tomar antibióticos si nos los receta un médico. Existen más razones para ello, que veremos más adelante.

 

Actualmente disponemos de multitud de antibióticos, útiles para tratar prácticamente cualquier infección bacteriana. Gracias a ellos, nuestra sociedad prácticamente ha olvidado lo letales que pueden llegar a ser las bacterias. Esto es un problema, y muy grave, porque cada vez hay más bacterias resistentes a los antibióticos, es decir, bacterias que no podemos eliminar con los antibióticos que solemos utilizar. ¿Qué es lo que está sucediendo? ¿Cómo surgen las bacterias resistentes? ¿Qué es lo que podemos hacer para evitarlo? Lo veremos en la próxima entrada. ¡Hasta entonces!

 

Notas

a. Hay quien considera que algunos antifúngicos y fármacos contra protozoos son también antibióticos, pero por razones prácticas aquí hablaremos sólo de los antibióticos antibacterianos.


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Referencias

  1. Fleming, A. On the antibacterial action of cultures of a penicillium, with special reference to their use in the isolation of B. influenzae. Br. J. Exp. Pathol. 10, 226–236 (1992).

  2. Willey, J. M. et al. Microbiología : séptima edición. (McGraw/Hill Interamericana de España, 2009)

  3. History of Antibiotics (página visitada el 11.09.2014)

  1. Medline Plus (página visitada el 13.09.2014)

2 pensamientos en “Antibióticos (I): el arma definitiva contra las infecciones (o eso pensábamos)

  1. Lo que está pasando es que la evolución sigue su curso.. la vida sigue adaptándose para ocupar al máximo cada oportunidad que brinda lo no vivo, su medio ambiente , – )

    • Muy cierto. La cosa está en que, dependiendo de nuestras acciones, esa adaptación se producirá antes o después. Nos interesaría intentar retrasarla tanto como sea posible, al menos para tener tiempo de descubrir o desarrollar nuevos antimicrobianos.

      Como siempre, gracias por el comentario. :)

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