Figura 1. Bacterias cilíndricas. Micrografía electrónica.es.wikipedia.org

No me refiero a sus adversarios económicos, ni a sus contrincantes políticos, ni a sus dispares ideológicos. Me estoy refiriendo a aquellos enemigos cuya presencia nos es imperceptible en nuestra vida diaria. Silenciosamente, y de una manera que envidiaría cualquier estratega de guerra, son capaces de alterar nuestros pulmones, lesionar nuestra piel, destruir nuestro sistema fisiológico de defensa y hacernos aumentar nuestro ritmo de defecación hasta deshidratarnos. Nos rodean todo el tiempo, en el aire, en el agua, en nuestro cuerpo, y logran estar presentes hasta en nuestros momentos más íntimos, desde el baño hasta la cama. Me refiero a los conocidos vulgarmente como microbios (micro = pequeño, bio = vida), pequeñas formas de vida, y otras ni siquiera tan elaboradas como para ser seres vivos, que nos han desafiado a una guerra interminable. Viruela, tétanos, tuberculosis, malaria, varicela, diarrea, sida, sífilis, gonorrea, hepatitis, peste negra, salmonelosis son tan sólo algunos de los nombres de las enfermedades que estos pequeños pueden causarnos.

Coco

Espiral

Bastoncillo

Espiral belicoidea (espiroquetas)

Figura 2. Formas de las bacterias.

¿Qué intereses persiguen? ¿Es su objetivo destruir a la humanidad? ¿Quién empezó este problema? ¿Qué armas tenemos contra ellos? Les propongo estudiarlos para situarnos debidamente en el conflicto, conocer sus debilidades y fortalezas, suponer y prever sus nuevas estrategias, e investigar sus intereses. Luego empezaremos a descubrir cómo la humanidad se ha defendido contra ellos. Anticipándome, debo establecer que en esta guerra no hay intereses en propagar ideologías, religiones, destruir “imperios” económicos ni culturales, ni la búsqueda del deseado petróleo, así que no utilizaremos la forma clásica y contemporánea del pensamiento bélico humano. En lugar de ello, les propongo utilizar la ciencia.

 

¿Qué son los microbios?

La palabra microbio se utiliza en el lenguaje común para denominar al conjunto de microorganismos que abarca las bacterias, los hongos y los virus.

Ojos, oídos, boca y piel, los preciados órganos que nos permiten ver, oír, gustar y tocar, no nos sirven de nada por sí solos para identificar a nuestros enemigos. Éstos son demasiado pequeños para ser visualizados, tocados o degustados, y no emiten ningún tipo de ruido descifrable por nuestros oídos.

Empezamos la guerra en desventaja y nos damos cuenta de que el tamaño sí importa y que no necesariamente lo más grande es lo mejor.

Bacterias

Las bacterias son seres unicelulares, es decir, células únicas capaces de vivir individualmente. En la figura 1 se muestra la imagen de algunas bacterias obtenida a través de un microscopio. Al fin observamos a uno de los temibles enemigos. Mide entre 0.1 mm y 5 mm (mm = micrómetro es una milésima de milímetro) de diámetro.

Pueden presentar formas variables, algunas son cilíndricas (bastoncillos o bacilos), otras esféricas (cocos) y unas más tienen forma de espiral (figura 2).

Se encuentran en todas partes. Sobre nuestra piel, dentro de nuestro esófago, estómago, intestinos, en todos los rincones de nuestra casa, en los alimentos, hasta en nuestros comprimidos medicinales.

Hay miles de tipos de bacterias. Es muy complicado diferenciarlas por su aspecto, pero podemos hacerlo por sus hábitos alimenticios, por sus condiciones de vida y, fundamentalmente, por la estructura de una sustancia que contienen dentro, el ácido desoxirribonucleico (adn). Esta sustancia, presente en todos los seres vivos, tiene una distribución diferente de los bloques moleculares que la componen en cada uno de éstos. Por lo tanto, distintos tipos de bacterias poseen adn con ciertas diferencias.

Investigando, nos damos cuenta de que esta diversidad impresionante de bacterias realiza diferentes funciones en la Tierra. Cuando un organismo muere, por ejemplo un animal, las bacterias lo degradan, permitiendo de esta forma reciclar las sustancias que lo componen. Hay bacterias que son fundamentales para que las plantas puedan absorber nutrientes, y existen otras en nuestros intestinos que nos permiten digerir los alimentos.

¿Pero no estábamos tratando con nuestros más temibles enemigos? Al parecer necesitamos de ellos para nuestra supervivencia. Resulta que no todos los diferentes tipos de bacterias son “malos”; vamos perdiendo los prejuicios (algo fundamental para encarar un conflicto) y nos damos cuenta de que destruir a todas las bacterias significa terminar con la vida en la Tierra y con la especie humana.

Nuestro objetivo se complica porque debemos hallar los tipos de bacterias causantes de enfermedades, estudiarlos y conocer de qué forma atacarlos. Empezaremos repasando las armas que la humanidad ha desarrollado contra ellos en esta lucha por la supervivencia.

Preparen, apunten… ¡fuego!

Estas armas no utilizan pólvora, balas o misiles, sino que son simplemente sustancias que deben tener la peculiaridad de poder matar a las bacterias dentro de nosotros, sin perjudicar a nuestro organismo. El desafío es bastante complejo; sin embargo, ya hemos aprendido que podemos empezar a buscar esas sustancias en los seres vivos como las plantas, o crearlas nosotros mismos mediante la síntesis química. Veamos cómo el hombre, a lo largo de la historia, se las ha ingeniado para no morir de las infecciones causadas por estos pequeños.

Un arsenal de ataque: las sulfonamidas

Alrededor de 1930, en la fábrica alemana I. G. Farbenindustrie se descubrió un nuevo grupo de colorantes que generaban un proceso más eficiente para colorear el cuero.

Un par de años más tarde, Domagk encontró que uno de estos colorantes, el “prontosil” tenía otra peculiaridad, la de defender a los ratones y conejos frente a las infecciones por bacterias. Sin embargo, concluir que estas sustancias fueran antibacterianos potentes era un poco prematuro. Se presentaba la siguiente contradicción: aparentemente el prontosil lograba matar las bacterias cuando éstas se encontraban dentro de un animal, pero no si estaba en contacto directo con ellas. Era necesario seguir profundizando en las investigaciones sobre la actividad biológica que estas sustancias podrían generar.

 

Figura 3. Fórmula del prontosil.

En ese mismo año, la hija de Domagk, Hildegarde, luego de un pinchazo con un alfiler, comenzó a sentirse mal y a desarrollar una infección generalizada que la tuvo entre la vida y la muerte. Frente a esta horrible situación, Domagk decidió arriesgarse y administrar prontosil a su hija como la única esperanza para su supervivencia. Hildegarde logró recuperarse de la infección, y con esto demostró que el prontosil era capaz de combatir infecciones bacterianas en humanos. Así comenzó la historia de las sulfas antibacterianas.

La figura 3 muestra un dibujo de las moléculas que componen el prontosil. Cada átomo está representado por su símbolo químico: N = nitrógeno, S = azufre, O = oxígeno, H = hidrógeno, y cada vértice representa un átomo de carbono (algunos hidrógenos se omitieron para simplificar el dibujo). Al quedar confirmada su eficacia clínica, las investigaciones sobre este tipo de sustancias y su actividad antibacteriana comenzaron a extenderse. Se demostró que una vez dentro del cuerpo humano el prontosil se descompone como se muestra en la figura 4.

Las moléculas que componen el prontosil se escinden en los dos fragmentos señalados en la figura. El fragmento resultante, denominado sulfonamida, es la sustancia capaz de eliminar las bacterias. De esta forma se explica cómo el prontosil no posee acción frente a las bacterias por sí mismo, pero una vez dentro del cuerpo de los animales, gracias a este cambio químico, se transforma en la sulfonamida, que es la molécula con acción biológica (antimicrobiana).

Mediante la síntesis química se desarrollaron cientos de diferentes tipos de sulfonamidas, con pequeños cambios en sus estructuras químicas. Se logró un buen “arsenal de ataque” de sulfas para varios tipos de bacterias. Y no fue sino casi 10 años después, en 1940, que se descubrió cuál es el mecanismo de acción en las bacterias y por qué son selectivas para ellas y no nos hacen daño a los humanos. Como vemos, al principio bastó saber que estas sustancias servían para curar a los humanos de las infecciones y sólo mucho tiempo después se logró elucidar el mecanismo de acción. Actualmente las sulfas siguen siendo una opción eficaz en ciertas circunstancias para atacar a las bacterias (figuras 5 y 6).

Hongos vs. bacterias

En 1928, Alexander Fleming estudiaba una variante de estafilococos (un género determinado de bacterias) en el hospital Saint Mary en Londres. Para ello generaba cultivos de bacterias, es decir, una placa con nutrientes donde ellas crecen con el aspecto que se muestra en la figura 7.

Los puntos claros no son más que colonias de bacterias (miles y miles de bacterias juntas); si tomamos una muestra y la colocamos en un microscopio electrónico, las bacterias se verán como en la figura 1.

 

Figura 4. Descomposición del prontosil dentro de un organismo.
	Figura 5. Sulfacetamida. Se utiliza para las infecciones de los ojos. Su aplicación es local sobre el ojo dañado.
	Figura 6. Sulfametoxazol. Se utiliza para infecciones sistémicas y urinarias. Se administra por vía oral.

Al volver de sus vacaciones, Fleming se dio cuenta de que algunas de sus placas habían sido contaminadas con un hongo que crecía entre las bacterias. Este hecho tal vez lo hubiera pasado por alto algún experimentador apresurado, pero Fleming observó que las bacterias que estaban alrededor del moho habían muerto.

Este moho secretaba una sustancia capaz de matar a las bacterias que estuvieran a su alrededor. Con otros experimentos, Fleming comprobó que dicha sustancia eliminaba gran variedad de microorganismos y la llamó penicilina, ya que el género del hongo era Penicillinium.

Un grupo de la Universidad de Oxford comenzó investigaciones para obtener penicilina a partir de este hongo (1940). Éste se hacía crecer en caldos de cultivo y se extraía por métodos químicos. Al principio se necesitaban 100 litros de caldo para extraer la cantidad de penicilina requerida para tratar a un paciente por 24 horas. Esta dificultad en la obtención hizo necesario recoger la orina de los pacientes tratados para recuperar la penicilina que éstos eliminaban. En esa época, un profesor de la Universidad de Oxford bromeaba diciendo que la penicilina era una sustancia milagrosa que crecía en los orinales de los hospitales. En la actualidad existe un método efectivo para obtener la penicilina del hongo en cantidades suficientes.

El descubrimiento de la penicilina fue un hecho clave en nuestra lucha contra los microorganismos. El tratamiento a pacientes infectados por una gran diversidad de bacterias era exitoso y superaba ampliamente los tratamientos anteriores.

Figura 7. Cultivo de bacterias. Thomas D. Brock, Microbiología, 6a. ed., Prentice Hall, 1991.

Una vez más se confirma la gran fuente de sustancias que son los seres vivos. Sorprende darnos cuenta cómo los hongos han desarrollado sustancias que les permiten protegerse de las bacterias en su lucha por dominar el medio, y que nosotros podamos hacer usufructo de las mismas. Como estrategas en desventaja en esta guerra milenaria hacemos un poco de trampa y le robamos las armas a un tercero.

Luego del descubrimiento de la penicilina, las investigaciones sobre hongos que produjeran sustancias antimicrobianas aumentaron. De éstas se descubrieron los antibióticos denominados aminoglucósidos, como la estreptomicina (1944), aislada a partir de actinomicetos (un tipo de hongos de la Tierra), que fue una de nuestras principales armas contra el bacilo tuberculoso. Hacia 1952 también se aisló la eritromicina, un “macrólido” de una cepa de Streptomyces erythreus.

  A lo largo de la historia hemos logrado encontrar y crear nuevas sustancias para utilizar contra estos microorganismos. Muchas de ellas han persistido dentro de nuestro arsenal de ataque y muchas otras han sido descartadas por tener demasiados efectos adversos sobre nuestro propio organismo.

La “resistencia”

Las tropas de la humanidad se tranquilizaron con el descubrimiento de la penicilina. Este antibiótico era increíblemente eficaz frente a una gran diversidad de bacterias nocivas para nuestra salud, y nos hizo creer que la ventaja que habíamos logrado contra los microorganismos era inmensa.

Sin embargo, se presentó la siguiente situación: comenzó a ocurrir que frente a infecciones para las que la penicilina siempre había sido eficaz, ésta ahora carecía de efecto. Enfermedades que se creía que iban a ser erradicadas por el uso de este antibiótico no mostraban ya ninguna debilidad frente a él.

Figura 8. Dibujo de las moléculas que componen la penicilina. El anillo de cuatro carbonos se denomina anillo β b‚ lactámico y es la zona de la molécula responsable de la actividad antibacteriana.

¿Qué había sucedido? ¿Qué nuevas armas desarrollaron las bacterias contra estas sustancias? Definitivamente estos seres microscópicos, que no poseen una estructura anatómica como el cerebro que les permita pensar, no son tan tontos como parecen.

Intentaré esbozar una posible explicación de lo que sucedió. Supongamos que somos invadidos por extraterrestres que amenazan con destruir la humanidad. Desde sus naves espaciales comienzan a dispararnos con armas letales para los humanos, que pueden matar a todos, excepto a aquellos que nacieron con pelo rojo. Luego de atacar a todos los países, el número de humanos habrá descendido tanto que parecerá que la humanidad se ha extinguido. Sin embargo, quedará aquella porción de los que nacieron con pelo rojo. Durante unos años parecerá que no habrá humanos en el mundo, pero tiempo después tendremos una nueva población de mujeres y hombres con pelo rojo que son resistentes a las armas de los extraterrestres, y lograrán nuevamente la conquista de la Tierra (eso si no aprendieron a coexistir con los extraterrestres).

Figura 9. Conjugación entre bacterias. Dos bacterias se acercan y una extiende una suerte de “puente” al que llamamos pili o pelo hacia la otra. A través de él se realiza el intercambio de adn que quizá poseerá la forma de conseguir resistencia frente a un antibiótico. Thomas D. Brock, Microbiología, 6a. ed., Prentice Hall, 1991.

Luego de este ejemplo de ficción debo decirles que es exactamente esto lo que pasó con las bacterias y con la penicilina. De los millones de bacterias que coexisten dentro de nosotros cuando estamos infectados, hay quizá dos o tres que son resistentes al antibiótico que estamos utilizando. Decir que son resistentes implica que poseen información dentro del adn que las compone para generar sustancias que destruyan al antibiótico. Frente a una primera aplicación de la penicilina habremos erradicado la infección, pero permanecerán las bacterias resistentes, y ante nuevas aplicaciones de penicilina seguirán subsistiendo. El resultado es que un tiempo después sólo existirán bacterias resistentes a la penicilina, pues ya hemos destruido a las que eran susceptibles.

Estos pequeños tienen otras formas de defenderse. Son capaces de intercambiar adn entre ellos, lo que les permite ir pasándose la información genética necesaria para destruir el antibiótico. A uno de esos procesos mediante los cuales las bacterias intercambian adn les llamamos conjugación y podemos observar a dos de estas bacterias “espías” intercambiando información en la figura 9.

¿Qué hacer frente a esta situación, en la cual nuestra preciada penicilina ya no sirve? Las soluciones que se plantean son varias. Podemos tirar la penicilina a la basura y empezar desesperadamente a buscar nuevas sustancias; podemos intentar revivir a Fleming y obligarlo a que busque otra sustancia eficiente, o podemos tranquilizarnos y pensar un poco más.

 

Figura 10. Se muestra la fórmula de la meticilina; se observa que a la penicilina se le han introducido dos grupos químicos llamados metoxilos (ome).

Recordemos la fórmula de la penicilina. La humanidad optó por seguir buscando sustancias activas, pero no iba a descartar la potencialidad que la penicilina había mostrado en cierto momento. Por lo tanto, si las bacterias eran resistentes a esta sustancia compuesta por moléculas representadas en la figura, vamos a intentar engañarlas. Se comenzó a transformar químicamente la penicilina para generar pequeños cambios en su estructura, que hicieran que las bacterias no la “reconocieran” como tal. Un ejemplo de una de estas sustancias se muestra en la figura 10.

A pesar de que nuevas sustancias han sido activas frente a los microorganismos y que algunos de estos derivados de la penicilina también han sido eficaces, no debemos cantar victoria. Sabemos que en cualquier momento las bacterias pueden volverse resistentes contra nuestras armas de ataque. Para evitar esto, debemos administrar antibióticos únicamente cuando un médico nos asegure que tenemos una infección bacteriana, y que la elección del tipo de antibiótico para nuestra enfermedad sea la adecuada. Cuanto más disminuyamos la necesidad de utilizar antibióticos y guardemos los más eficaces para situaciones de emergencia, daremos menos oportunidades a las bacterias para que se hagan resistentes frente a ellos y puedan destruirlos.

Hemos dado un vistazo general a esta guerra y descubierto cuáles son las armas que los humanos tenemos para defendernos de estos organismos. Sin duda no es más que un ejemplo de las formas que encontramos para mantener y defender nuestra vida frente a otros seres que quieren dominar el medio.

Sin embargo, no sólo los microbios nos han desafiado a una guerra para sobrevivir. La humanidad está enfrente de una amenaza que cuestiona su supervivencia en el planeta Tierra. Una amenaza que en las décadas de 1910, 1940 y 1990 ocasionó millones de muertos, y que recientemente, en el 2000, generó terror en Estados Unidos, luego en Afganistán y más tarde en Irak: el propio ser humano.

Parece curioso que después de todo, nosotros mismos sigamos siendo nuestros más temibles enemigos íntimos.

Bibliografía

albert, Bruce, La célula, 2a. ed., Omega, Barcelona, 1992. brock, Thomas D., Microbiología, 6a. ed., Prentice Hall, 1991. goodman y gilman, Las bases farmacológicas de la terapéutica, 9a. ed., McGraw-Hill, 1996.