Un Mundo de bacterias
Vivimos en un mundo de bacterias, están presentes en todo el planeta, en todos los hábitats y en todos los organismos. Afortunadamente menos del 1% de las especies conocidas podrían enfermarnos. Se multiplican sin parar cuando las condiciones de alimento y temperatura son favorables.  De una sola bacteria se generan dos, estas se dividen y dan lugar a cuatro y luego a 8 y así progresivamente.  Completar cada división les lleva entre veinte y 40 minutos. Por lo tanto, una sola bacteria podría originar varios miles o cientos de miles en pocas horas.  Su información genética ósea su DNA se divide en genes, que, al expresarse, promueven toda la información necesaria para definirse como bacterias mediante la generación de infinidad de moléculas. Los genes se encuentran ubicados en cromosomas y estos a su vez en genomas. Una bacteria debe duplicar su genoma antes de dividirse, por lo tanto, ‘hereda’ la información de forma vertical, es decir de madre bacteria a hijas. La adaptabilidad de estos microorganismos es impresionante tanto que al multiplicarse tan rápido, se dan pequeños cambios en el genoma que los ayudan a habituarse a los cambios en el medio que crecen, de tal forma que, si aumenta la concentración de un químico en particular, es probable que, pasado algún tiempo, existan bacterias que no solo lo toleren, sino lo aprovechen para crecer, como es el caso de Idionella sakaiensis, que tiene la capacidad de degradar polímeros plásticos como el PET.

Pláticas entre bacterias
En el contexto de la resistencia a antimicrobianos ó antibióticos (AMR) es posible seleccionar al grupo de bacterias que portan una resistencia a dicho antibiótico accidentalmente.  Por ejemplo, la penicilina fue el primer antibiótico conocido. A alta concentración mata bacterias, pero a baja mata a algunas y otras no. Lo que saben hacer las bacterias que no mueren, es que degradan dicha penicilina para que no les afecte (tienen la enzima beta lactamasa). Con una sola bacteria resistente, se pueden generar miles.  Y no solamente eso, saben cómo pasar la información genética de forma horizontal, o sea a las bacterias que tienen junto a ellas, independientemente de que sean de otras especies.

Las bacterias tienen elementos móviles bacterianos (MGE por sus siglas en inglés) llamados plásmidos, que es DNA circular que puede pasarse fácilmente de una bacteria otra. Son de composición flexible y pueden codificar factores de virulencia, toxinas de secreción como en el caso del cólera y la resistencia a antibióticos. Los genes que confieren resistencia a beta-lactámicos fueron los primeros en ser descubiertos y es el tipo de resistencia más frecuentemente encontrado. Actualmente se conoce como mobiloma al conjunto de estos genes.

Un aspecto de lo más preocupante es la convivencia entre microorganismos de vida libre y patógenos en ambientes donde las actividades humanas tienen un alto impacto (suelos de pastoreo, drenaje, ambientes turísticos, etc.).  En estos sitios se ha promovido inconscientemente, una presión selectiva para la transferencia horizontal de genes AMR de bacterias de vida libre a patógenas. Recientemente han aparecido cepas de patógenos nosocomiales como Acinetobacter baumannii, con resistencia a carbapenem, uno de los antibióticos de última generación más poderosos que existen, así como Staphylococcus aureus resistente a la meticilina (SARM ), e incluso se han reportado infecciones atípicas por microorganismos de vida libre como el caso de Psycrobacter, encontrado en líquido cefalorraquídeo donde se encontró además un amplio perfil de resistencia a antibióticos, y que fue de consecuencias fatales para el paciente.  Los escenarios anteriores, aunados al crecimiento del número de casos infectados por bacterias AMR ha obligado a cambiar las prioridades en las políticas de salud de todo el mundo. Lamentablemente este es un fenómeno común a nivel mundial, y está especialmente acentuado en países en vías de desarrollo. La diversidad entre bacterias, así como el intercambio de los elementos móviles, hacen que en unos pocos años se hayan identificado varios miles de estos elementos. Tan sólo la base de datos CARD (por sus siglas en inglés Comprehensive Antibiotic Resistance Database) incorporó recientemente 2570 secuencias de genes de resistencia, 1233 mutaciones, 82 patógenos, 5524 cromosomas, 7305 plásmidos y 76710 genomas.

Aunque existen múltiples actividades humanas que son responsables de que las bacterias “adquieran” resistencia hacia uno o varios antibióticos, se han identificado principalmente: el uso de medicamentos fuera de las dosis adecuadas, tiempo de tratamiento ó tipo de fármaco, así como la pobre o nula vigilancia sanitaria, mala praxis médica y el abuso de antibióticos en el uso veterinario. La mayor parte de estos factores se encuentran dentro de los países en vías de desarrollo, donde se reporta la circulación de cepas de enterobacterias resistentes a ampicilina, tetraciclina y sulfonamidas. Así mismo, está comprobado que el uso veterinario de la sulfadiazina en animales de granja puede promover la expresión de los genes de resistencia de la microbiota del suelo.

Conteniendo el daño
La investigación sobre la resistencia a carbapenémicos (que son fármacos muy poderosos y resistentes a la inactivación por beta lactamasas de bacterias AMR), por Acinetobacter, Pseudomonas aeruginosa y Enterobacteriaceae, así como la incorporación de nuevos antibióticos contra ellos, es considerado como el nivel más crítico en la lista de prioridades de la OMS (Organización Mundial de la Salud). A ello le siguen las resistencias reportadas para Staphylococcus aureus, Campylobacter, Salmonella, Neisseria y Enterococcus. Las nuevas plataformas de secuenciación masiva del DNA, mejor conocidas bajo la abreviatura de WGS (del inglés Whole Genome Sequencing ó Secuenciación de Genoma Completo) son una nueva herramienta en la lucha contra estos patógenos. Esta tecnología permite visualizar toda la información genética contenida en el genoma de un organismo. Secuenciar el genoma completo de cualquier organismo era considerado una labor titánica hasta hace tres décadas. Tan sólo para secuenciar el genoma humano en la década de los 90’s constituyó una inversión de 13 años, involucrando cerca de 67 laboratorios en todo el mundo y con un costo total de más de tres mil millones de dólares. Hoy en día los secuenciadores masivos pueden realizar este trabajo en menos de una semana, con un costo que oscila entre los tres mil y sesenta mil dólares dependiendo de la fineza y los objetivos esperados.  Sin embargo, el avance más importante se ha dado en el análisis acoplado a los datos producidos por la secuenciación masiva del DNA. Dejando atrás el laboratorio y el refinamiento de los métodos moleculares, es en el desarrollo de software para analizar el genoma donde día a día se registran los avances más importantes en esta lucha contra los patógenos que nos afectan y con dichos avances, se dio el nacimiento de una nueva ciencia que conjuga elementos muy antiguos y muy nuevos: la bioinformática.

La nueva ciencia
La bioinformática es una derivación de las ciencias computacionales, involucrando elementos biológicos, químicos, bioquímicos, estadísticos y matemáticos que están enfocados al análisis de secuencias de ácidos nucleicos y proteínas.  En un principio, este trabajo creo las bases de datos internacionales, donde podemos encontrar publicaciones, características de organismos, genomas, genes, mutaciones, etc., pero en los últimos años ha tomado un nuevo sentido, al incorporar sitios web con capacidad para ofrecer servicios de análisis y no solamente actuar como repositorios de información. La interactividad de estos sitios web, si bien antes estaba limitada por la capacidad para subir o bajar información (los datos crudos de secuenciación ocupan varias Gigas ó Terabytes de espacio), al día de hoy se cuenta con capacidad para ofrecer al usuario común y desde una computadora de oficina cualquiera, herramientas para el análisis complejo de secuencias de DNA. Y es ahí, donde estriba la fortaleza actual de la bioinformática. La simplificación de los procesos para el análisis. Las nuevas plataformas, permiten que usuarios con entrenamiento mínimo puedan realizar análisis complejos a través de algoritmos de comparación cada vez más sofisticados. Entonces son cada vez más las personas que hacen dichos análisis y concluyen en base a ellos. Son cada vez más las secuencias reportadas, analizadas e identificadas en todo el mundo. Y un porcentaje importante de estos datos analizados se cargan en plataformas vinculadas entre sí, para poder identificar los genes involucrados en la resistencia a antibióticos, islas de patogenicidad (conjunto de genes que pueden potenciar la capacidad infectiva de una bacteria, en especial las que colonizan nuestro tracto digestivo), y factores de virulencia. Otro logro bioinformático, es la herramienta de WGSA proveniente del Instituto Sanger, en Inglaterra, donde se pueden cargar a la plataforma los genomas completos de microorganismos aislados de muestras clínicas y hacer un mapeo regional sobre el curso de un brote. Así mismo, el análisis de esta plataforma permite identificar genes de resistencia a antibióticos y tipificar molecularmente las muestras analizadas, conformando una de las herramientas más poderosas en la epidemiología molecular global.

El estudio de las secuencias de DNA por si solo es un aspecto estático de la información, mismo que inició con la construcción de bases de datos y que en los últimos años, ha derivado en fortalecer sus estructuras, apoyándose de la bioinformática para poder analizar los genomas albergados.  Las nuevas herramientas en software permiten ahora ver un aspecto más dinámico de dichos genomas y las secuencias de sus genes, su transcripción, su traducción e incluso las interacciones entre ellos, esto último se conoce como genómica funcional, misma que puede convertirse en poco tiempo, en la principal arma contra el fenómeno de la resistencia a los antibióticos.