Los plásmidos dirigidos, una herramienta biotecnológica que abre nuevas vías contra la resistencia antimicrobiana

Los plásmidos antibacterianos dirigidos (Targeted Antibacterial Plasmids, TAP) se perfilan como una herramienta prometedora para descolonizar el intestino de bacterias multirresistentes sin alterar las bacterias beneficiosas. Esta es la principal conclusión de un estudio publicado en Nucleic Acid Research, elaborado por el Instituto de Salud Global de Barcelona (ISGlobal), centro impulsado por la Fundación ”la Caixa”, en colaboración con el instituto francés INSERM del Centre Nacional de la Recherche Scientifique (CNRS) de Francia.

La resistencia a los antimicrobianos (RAM) es una de las principales amenazas para la salud pública: en 2019 se asociaron a infecciones resistentes 3,57 millones de muertes, cerca de un millón directamente atribuibles a ellas. La falta de nuevos antibióticos eficaces agrava este problema y obliga a buscar alternativas innovadoras.

El tracto intestinal alberga una comunidad compleja de microorganismos conocida como microbiota. En ella conviven bacterias comensales, que favorecen la absorción de nutrientes y actúan como barrera frente a patógenos, y bacterias potencialmente patógenas, como ciertas cepas de Escherichia coli (E. coli). Cuando bacterias multirresistentes a los antibióticos colonizan este entorno, aumenta el riesgo de infecciones posteriores, especialmente en personas inmunodeprimidas. El principal reto es desarrollar una estrategia antibacteriana capaz de eliminar exclusivamente las cepas resistentes a los antimicrobianos sin afectar a otras especies comensales beneficiosas.

Los plásmidos antibacterianos dirigidos y el sistema CRISPR-Cas

Un plásmido es una pequeña cadena de ADN circular independiente del cromosoma bacteriano. Los plásmidos antibacterianos dirigidos (TAP) son herramientas biotecnológicas diseñadas para combatir de forma selectiva la resistencia a los antibióticos. A diferencia de los antibióticos convencionales, que actúan sobre un amplio espectro de bacterias, los TAP reconocen y atacan únicamente las bacterias que portan un gen de resistencia específico.

Para ello, utilizan la conjugación bacteriana, un mecanismo natural de transferencia de ADN, para introducirse en la bacteria resistente. Una vez dentro, los TAP expresan un sistema CRISPR-Cas programado para identificar una secuencia concreta de ADN bacteriano y provocar la muerte de la bacteria resistente o hacer que pierda la resistencia al antibiótico.

Utilizando los TAP para eliminar o resensibilizar cepas de E. coli

“En este estudio evaluamos el potencial de los TAP frente a unas cepas bacterianas multirresistentes: las E. coli productoras de ESBL (Extended-Spectrum Beta-Lactamases), que son unas enzimas que las hacen resistentes a la mayoría de antibióticos betalactámicos, incluyendo penicilinas y cefalosporinas. Estas bacterias portan el gen blaCTX-M-15, uno de los determinantes más comunes de resistencia”, explica Natalia Roson-Calero, investigadora en ISGlobal y co-autora del estudio.

La eliminación o resensibilización de estas cepas es especialmente relevante, ya que las enterobacterias resistentes a cefalosporinas de tercera generación están clasificadas como patógenos críticos por la OMS, debido a su elevada carga de enfermedad y a las limitadas opciones terapéuticas disponibles. El estudio se centró, en particular, en el clon de alto riesgo ST131, uno de los linajes más prevalentes y virulentos.

“Cuando el TAP incorporaba Cas9 –una enzima que actúa como tijera molecular– provocaba roturas de doble cadena en el gen blaCTX-M-15. Si el gen estaba en el cromosoma, el daño era letal y la bacteria moría rápidamente. Si estaba en un plásmido, el corte provocaba la pérdida de ese plásmido y, con ello, de la resistencia”, explica Roson-Calero. “En algunos casos, esta pérdida activaba sistemas toxina–antitoxina (TA) asociados al propio plásmido, lo que también podía causar la muerte de la bacteria”.

Sin embargo, el equipo investigador observó que los TAP basados en otra versión de la enzima, la dCas9, no rompían el ADN. En lugar de eso, bloqueaban la transcripción del gen blaCTX-M-15, impidiendo que se produjera la proteína responsable de la resistencia. Como resultado, la bacteria recuperaba la sensibilidad a antibióticos sin que su viabilidad se viera directamente comprometida.

El objetivo: eliminar solo las cepas resistentes

En cultivos mixtos, los TAP eliminaron específicamente las E. coli portadoras de blaCTX-M-15 sin afectar a otras especies bacterianas presentes. Además, en ensayos de conjugación realizados en heces humanas (un entorno microbiano complejo y más próximo a la situación clínica) tanto los TAP-Cas9 como los TAP-dCas9 consiguieron suprimir significativamente las E. coli resistentes a cefotaxima.

“Nuestros resultados refuerzan el potencial de los TAP como herramienta de descolonización selectiva del intestino. Además, abren la puerta a futuras estrategias de edición dirigida del microbioma para prevenir la diseminación o la infección por bacterias multirresistentes”, concluye Jordi Vila, Research Professor e investigador en el grupo de Resistencia Antimicrobiana de ISGlobal.