La capacitat dels éssers vius per a explotar noves oportunitats ecològiques depèn de la seua habilitat per a innovar. L’evolució d’innovacions consisteix en l’adquisició de nous caràcters que permeten als organismes expandir el seu nínxol i afrontar nous reptes ambientals. Alguns exemples clàssics d’innovació evolutiva són l’aparició de les flors en les plantes o de la capacitat per a volar en els animals (Mayr, 1963). En molts casos aquestes innovacions són òbvies a nivell fenotípic, fins i tot espectaculars; només cal alçar la vista i observar un esbart d’ocells travessant el cel per a comprovar-ho. No obstant això, les bases moleculars que subjauen a aquestes adaptacions no són tan evidents. Com es generen les innovacions? Quines són les bases genètiques d’aquest procés? Aquestes preguntes han estat objecte d’estudi durant dècades i continuen obertes malgrat tot el que hem après sobre aquest tema (per a més informació sobre l’origen de les innovacions, vegeu Wagner, 2015). En aquest article intentarem il·lustrar algunes de les claus del procés d’innovació evolutiva per mitjà d’un dels exemples més dramàtics de què disposem actualment: l’evolució de resistència a antibiòtics en els bacteris.

«700.000 persones moren cada any al món com a conseqüència d’infeccions resistents als antibiòtics»

Un advertiment desatès

Els antibiòtics són sense lloc a dubte un dels descobriments de major rellevància en la història de la humanitat. Aquestes «bales màgiques», com les va definir Paul Ehrlich ja a començament del segle xx (Tan i Grimes, 2010), són molècules capaces d’inhibir específicament el creixement bacterià i han representat la base per al desenvolupament de la medicina i la cirurgia modernes. I és que, de fet, semblen bales màgiques; els antibiòtics són increïblement eficients en el tractament d’infeccions bacterianes. Paradoxalment, aquesta gran efectivitat ha estat també l’origen del seu declivi, ja que durant dècades s’ha fet un ús desmesurat i en molts casos inadequat d’aquest recurs tan preuat, i això ha promogut l’evolució de la resistència a antibiòtics en els bacteris. Aquest fenomen no hauria de sorprendre’ns, ja que, en el seu discurs d’acceptació del Premi Nobel en 1945, Alexander Fleming ja ens va avisar de l’habilitat dels microorganismes per a adquirir resistència a antibiòtics i del perill que això representava (Fleming, 1945). Desgraciadament, aquest advertiment no ha estat atès, i l’abús dels antibiòtics des que es van introduir en la pràctica clínica a mitjan segle passat ha conduït a un increment constant de les freqüències de resistència en els patògens bacterians. De fet, la disseminació de la resistència a antibiòtics entre patògens d’interès clínic s’ha convertit en un dels principals problemes actuals de salut pública (Figura 1), com reconeixen totes les organitzacions internacionals de salut, les Nacions Unides i fins i tot el Fons Monetari Interna­cional (CDC, 2013; ECDC, 2013; Jonas, Parry, Chisholm, Banatvala i Ladminarayan, 2014; OMS, 2016). Per exemple, l’Organització Mundial de la Salut subratlla que «si no es prenen mesures urgents, el món es dirigeix cap a una era postantibiòtica en la qual moltes infeccions corrents i lesions menors esdevindran de nou potencialment mortals» (OMS, 2018). D’acord amb estimacions recents, aproximadament 700.000 persones moren cada any al món com a conseqüència d’infeccions resistents als antibiòtics (O’Neill, 2016). Aquestes prediccions també indiquen que, si no es reverteix la tendència actual de disseminació de la resistència a antibiòtics, per al 2050 les infeccions resistents podrien convertir-se en la primera causa de mortalitat al món i provocar deu milions de morts anuals.

Figura 1. En 2013, el Centre de Control i Prevenció de Malalties dels Estats Units (CDC en les seues sigles en anglès) va llançar un informe en què catalogava les principals amenaces per a la salut pública provocades per la resistència a antibiòtics entre patògens d’interès clínic (CDC, 2013). En la imatge, il·lustracions en 3D de l’estructura dels tres bacteris qualificats d’«amenaça urgent» en aquest informe (d’esquerra a dreta): A) Clostridium difficile (que pot causar colitis i diarrea de gravetat); B) clons pertanyents a la família Enterobacteriaceae ressistents a antibiòtics carbapenèmics, i C) soques resistents a antibiòtics de Neisseria gonorrhoeae (l’agent causal de la gonorrea). / CDC / James Archer

Adaptant-se als antibiòtics

L’evolució de la resistència a antibiòtics en els bacteris és un exemple simple i elegant d’adaptació mitjançant selecció natural (Figura 2). Un bacteri adquireix un mecanisme de resistència que és seleccionat en presència de l’antibiòtic. En absència de l’antibiòtic, el mecanisme de resistència generalment produeix un cost biològic en termes d’una reducció del fitness o eficàcia biològica del bacteri (definida com una disminució de la seua taxa reproductiva). No obstant això, aquesta reducció d’eficàcia biològica es pot corregir mitjançant mutacions compensatòries que alleugen el cost associat amb la resistència. Considerant aquesta dinàmica, és fàcil comprendre que l’ús excessiu d’antibiòtics ha promogut la disseminació de la resistència a antibiòtics a escala global.

«Per al 2050, les infeccions resistents podrien convertir-se en la primera causa de mortalitat al món»

La resistència a antibiòtics és, per tant, un exemple fascinant d’evolució d’innovacions, ja que un bacteri sensible a un antibiòtic necessita innovar per a adquirir la resistència. El que és encara més fascinant és el fet que per a estudiar aquesta innovació evolutiva no necessitem investigar restes fòssils, ja que l’hem presenciada en temps real, durant les últimes dècades. És més, podem fins i tot reproduir parcialment aquest procés d’evolució en els nostres laboratoris, utilitzant l’anomenada «evolució experimental» (Buckling, Craig Maclean, Brockhurst i Colegrave, 2009). Finalment, i aquest és un punt crucial, gràcies als avanços tecnològics, avui dia podem determinar exactament quines són les bases genètiques que subjauen a l’evolució de la resistència a antibiòtics en els bacteris. En definitiva, tot el que hem exposat anteriorment ens situa en una posició ideal per a respondre algunes de les preguntes clau sobre l’evolució d’innova­cions responsables de la resistència a antibiòtics, i així ho intentarem en les pròximes línies.

Llig l’article complet al web de Mètode

Álvaro San Millán. Investigador del Servei de Microbiologia de l’Hospital Universitari Ramón y Cajal (IRYCIS) de Madrid (Espanya) i membre del Consorci d’Investigació Biomèdica en Xarxa d’Epidemiologia i Salut Pública (CIBERESP). Dirigeix el grup d’investigació PBE lab, dedicat a l’estudi del paper dels plasmidis en l’evolució bacteriana en general i en l’evolució de la resistència a antibiòtics en particular (www.pbelab.es).

Què és Mètode?

Per a VilaWeb el vostre suport ho és tot

Sostenir un esforç editorial del nivell i el compromís de VilaWeb, únicament amb la publicitat, és molt difícil. Per això necessitem encara molts subscriptors nous per a allunyar qualsevol ombra de dificultats per al diari. Per a vosaltres aquest és un esforç petit, però creieu-nos quan us diem que per a nosaltres el vostre suport ho és tot.

Podeu fer-vos subscriptors de VilaWeb en aquesta pàgina.

Vicent Partal
Director de VilaWeb