Los plásmidos son elementos genéticos –pequeñas moléculas de ADN– independientes del cromosoma de las bacterias, que se localizan en el citoplasma de la célula. Contienen genes que no son imprescindibles para el desarrollo celular normal, pero pueden llegar a representar entre el 5 y el 10 % del contenido genómico total de la célula.
Los plásmidos se encuentran distribuidos en la práctica totalidad de los grupos filogenéticos bacterianos e incluso es frecuente tener varios plásmidos distintos en la misma célula. Su papel en la adaptación y la evolución de las bacterias es un tema de investigación de enorme relevancia, especialmente por sus implicaciones clínicas.
La transferencia horizontal de los plásmidos y la evolución
La principal característica de los plásmidos es su capacidad de transferencia horizontal. Es decir, son elementos genéticos móviles que pueden transferirse entre bacterias, incluso entre especies distintas. Esto permite el intercambio y diseminación de información genética mas allá de la transferencia vertical que se produce al dividirse una célula en dos células “hijas”.
La transferencia de plásmidos confiere a las bacterias una gran capacidad de adaptarse a cambios en el ambiente, incluso si estos son abruptos. Mediante el intercambio o captación de plásmidos, la bacteria receptora puede adquirir nuevas funciones de forma rápida, por lo que también son elementos esenciales en la evolución bacteriana.
En general existen varias copias de un mismo plásmido dentro de la célula, lo que da lugar a un fenómeno de gran interés a nivel evolutivo: la “poliploidía” para los genes contenidos en dichos plásmidos. Esto, a diferencia de lo que ocurre en el material genético cromosómico de la mayoría de las bacterias de interés humano, donde solo hay una copia de cada gen (por eso se dice que las bacterias son haploides), convierte a los plásmidos en plataformas para la evolución.
Aunque no se conoce con exactitud su origen evolutivo, los datos sugieren que los plásmidos han estado asociados a las bacterias prácticamente desde la existencia de las mismas. Su composición genética ha variado a lo largo del tiempo, pero existe un momento clave en la evolución de los plásmidos: el comienzo del uso clínico de los antibióticos.
Plásmidos y resistencia a los antibióticos
Las bacterias contienen genes de resistencia a antibióticos desde mucho antes de que el ser humano comenzara su uso para combatir enfermedades infecciosas. Recordemos que la mayoría de los antibióticos tienen su origen en moléculas naturales producidas por hongos y bacterias, principalmente, para inhibir el crecimiento de otros microorganismos que puedan suponer una competencia. Sin embargo, la asociación generalizada de estos genes de resistencia a los antibióticos con los plásmidos se han disparado en las últimas décadas, derivado del incremento del uso masivo de los antibióticos, facilitando la diseminación de la resistencia entre bacterias de relevancia clínica.
La transferencia horizontal facilita la dispersión geográfica de los plásmidos. Sin embargo, parece que un factor determinante para la dispersión de cepas causantes de brotes de resistencia a los antibióticos es la existencia de asociaciones muy exitosas bacteria-plásmido: determinadas cepas que adquieren con gran eficacia ciertos plásmidos y desarrollan eficazmente la ventaja que les confieren. Estos tándems bacteria-plásmido exitosos pueden diseminarse con mucha más facilidad y suelen ser los responsables de brotes en regiones y hospitales, incluso distantes geográficamente.
Otro de los problemas derivados de la resistencia a antibióticos asociada a los plásmidos es que éstos pueden mantenerse en el tiempo alojados en la microbiota residente de un individuo sano. De esta forma la microbiota actúa como reservorio o almacén de estos plásmidos. Una bacteria patógena que pudiera infectar a dicho individuo podría adquirir el plásmido y con él una resistencia que no portaba en el momento de la infección, dando lugar a complicaciones en su tratamiento.
Estrategias para frenar la evolución de la resistencia a los antibióticos
El objetivo es la eliminación específica de las bacterias portadoras de los plásmidos de resistencia, sin alterar el resto de bacterias que componen nuestra microbiota normal. En ocasiones, la adquisición de un nuevo mecanismo de resistencia a los antibióticos por parte de una bacteria implica un incremento de su sensibilidad a otro antibiótico distinto. Un conocimiento profundo de este fenómeno permitirá el uso exitoso de tratamientos antibióticos combinados dirigidos específicamente a las bacterias portadoras de plásmidos de resistencia. Otras estrategias se basan en el uso de los sistemas de edición genética CRISPR-Cas dirigidos directamente a los plásmidos de resistencia para su eliminación.
Estas aproximaciones son aún muy preliminares y se requiere mucho trabajo hasta que su uso pueda ser una realidad en la clínica. Se desconoce aún la función de muchos de los genes contenidos en los plásmidos bacterianos, por lo que, en paralelo al estudio de la epidemiología de los plásmidos, se necesita invertir en la investigación básica de la biología de los mismos. Se trata de entender todas las funciones y ventajas que aportan a las bacterias y que justifican su éxito evolutivo y, con ello, poder diseñar mejores estrategias complementarias a la antibioterapia que contribuyan a luchar contra la problemática de las resistencias a los antibióticos. El objetivo es combatir el tremendo problema de la resistencia a los antibióticos eliminando el vehículo a través del que se extiende por el planeta: los plásmidos.
Alvaro San Millán, investigador del CNB-CSIC, acaba de recibir el Premio Jaime Ferrán que otorga la Sociedad Española de Microbiología cada dos años a un joven investigador o investigadora con una trayectoria científica excelente.