Domar bacterias con la alimentación

Un reciente estudio ha demostrado que las intervenciones dietéticas centradas en el metabolismo de bacterias patógenas pueden ser extraordinariamente eficaces en la lucha contra las enfermedades infecciosas. La investigación se ha publicado en la prestigiosa revista especializada Cell.  

El motivo del estudio es el rápido desarrollo en todo el mundo de una resistencia frente a los antibióticos por parte de las bacterias. Esto tiene diferentes causas, como la gran presión selectiva para adquirir mecanismos de resistencia. Además, las bacterias hacinadas en el intestino crean un entorno en el que es relativamente fácil que los genes de una bacteria relacionados con la resistencia se transmitan a otra. 

Más tiempo de vida gracias al hierro

Los investigadores asociados al Salk Institute de los Estados Unidos descubrieron que la suplementación con hierro incrementaba fabulosamente las posibilidades de supervivencia de ratones después de haberles administrado una inyección letal de bacterias patógenas. Además, se vio que las bacterias que quedaban al cabo del tiempo eran menos virulentas (patógenas). Para ser claros: una infección se produce cuando un microorganismo se introduce en un huésped, se multiplica dentro y provoca daños. La investigación sugiere que la salud del huésped puede mejorar si se manipulan las bacterias patógenas con un nutriente. Esto tiene un efecto beneficioso tanto para la población bacteriana como para el huésped y la interacción entre este y las bacterias. 

Estos científicos, especializados en la interacción entre microorganismos y huéspedes, señalan que el sistema defensivo no solo está orientado a matar y eliminar patógenos, sino que también tiene un componente centrado en la cooperación entre los microorganismos y el huésped. El equipo investigador ya descubrió en 2017 que una salmonelosis no siempre produce aversión a los alimentos y malestar. También se descubrió en el laboratorio en 2015 una cepa de E. coli en ratones que no solo no empeora, sino que mejora la tolerancia a la enfermedad. Esto se explicaba, entre otras cosas, porque se vio que había menos pérdida de fuerza muscular. 

Mecanismos de defensa cooperativos

El estudio actual utilizó ratones modelo inyectados con Citrobacter rodentium (C. rodentium). La inyección de estos patógenos produjo diferentes enteropatías como diarrea infecciosa, hiperplasia, colitis y, en casos extremos, la muerte. Para localizar nuevos sistemas de defensa cooperativos, también se les inyectó una dosis letal 50% (LD50) a ratones con bacterias patógenas. Esta cifra significa que, en teoría, la mitad de los animales morirá y la otra, sobrevivirá. A continuación se estudió la expresión génica de tres subgrupos de población de ratones: infectados sanos, infectados enfermos y no infectados. El resultado de este análisis sistemático fue que el metabolismo del hierro de los ratones infectados sanos había aumentado. 

Después se estudió por qué el metabolismo del hierro favorece el sistema defensivo cooperativo durante una infección. Esta vez se aumentó la dosis de C. rodentium a LD100. La mitad del grupo de animales comía una dieta normal, mientras que la otra fue suplementada con hierro durante catorce días. Pasado este tiempo, consumieron una dieta normal. 

A los veinte días sucumbieron todos los ratones infectados que habían comido una dieta normal. Todos los que recibieron un suplemento férrico durante catorce días sobrevivieron a la infección. Incluso al incrementar la LD100, resultó que los animales que tomaron hierro (temporalmente) tenían una probabilidad de supervivencia mucho mayor. 

Genes patógenos desactivados

¿Cómo es posible que la suplementación con hierro en ratones durante poco tiempo salve de una infección mortal? Al parecer, es porque originaba un estado agudo de insulinorresistencia en los animales. De esta forma, quedaba una mayor concentración de glucosa en su tubo digestivo. Con ella, las bacterias se ponían a trabajar. Esto significa que empezaban a procesar la glucosa disponible y a convertirla en otras sustancias intermedias, pero apagaban los genes patógenos que, por ejemplo, fabricaban tóxicos. Lo llamativo es que los investigadores constataron efectos similares al administrar glucosa en lugar de hierro. 

Además, sorprendió que los animales infectados con C. rodentium que en aquel momento tomaron una mayor cantidad de hierro durante poco tiempo seguían viviendo pasado un año. También se vio que estos ratones seguían presentando patógenos nocivos en el tubo digestivo. Asimismo, fue muy asombroso que la evolución de las cepas bacterianas debilitadas se pusiera en marcha.  Esto quiere decir que la población de patógenos en el canal digestivo de los ratones quedó debilitado en vez de reforzado, lo cual es una consecuencia que se ve tras el uso de antibióticos: una pequeña cantidad de bacterias sobrevive y se puede reproducir con éxito. 

Evolución bajo la lupa

Para verificar los cambios evolutivos se analizó la secuencia de ADN de las C. rodentium que quedaron. El resultado fue que las bacterias habían sufrido modificaciones en el ADN que desactivaban los genes patógenos. El aumento de la cantidad de glucosa disponible para las bacterias hizo que los patógenos se concentrasen en ella. Primero se habían accionado los genes para convertir la glucosa, lo que no deja espacio suficiente para activar también los genes patógenos. Además, las bacterias parecieron tender mucho más a colaborar que a ir a la contra después de una buena comida en forma de glucosa. 

Hierro: ¡no para todas las infecciones!

En resumen, parece ser que el hierro en la dieta es eficaz en caso de diarrea infecciosa, pero no es la solución para todas las enfermedades infecciosas. Hay infecciones como la malaria en las que ocurre justo lo contrario, que los parásitos prosperan con el hierro y se extienden por el cuerpo. Sin embargo, lo que está claro es que el metabolismo de los patógenos se puede manipular de forma efectiva. Un caramelito indirecto en forma de suplemento de hierro o, más directamente, la administración de glucosa, aumentan las posibilidades de supervivencia de ratones con infección severa de C. rodentium. Es necesario hacer más estudios clínicos y a mayor escala para poder extrapolar este brillante resultado a los seres humanos y, dado el caso, a otras infecciones y combinaciones de nutrientes. 

Fuentes

Karina K. Sanchez, Grischa Y. Chen, Alexandria M. Palaferri Schieber, Samuel E. Redford, Maxim N. Shokhirev, Mathias Leblanc, Yujung M. Lee, Janelle S. Ayres. Cooperative Metabolic Adaptations in the Host Can Favor Asymptomatic Infection and Select for Attenuated Virulence in an Enteric Pathogen. Cell, 2018; DOI: 10.1016/j.cell.2018.07.016