Ejercicio resuelto de Bacterias · Biología · Cataluña · 2020

En septiembre de 2018 se identificó, en pacientes con gastroenteritis, una nueva cepa de Salmonella enterica que era resistente a diversos antibióticos. Las personas infectadas habían consumido carne o derivados lácticos sometidos a una cocción insuficiente.

1. Salmonella enterica es una bacteria gramnegativa. La fotomicrografía adjunta la muestra mediante un microscopio electrónico de barrido. [1 punto]

a) Calcule a cuántos aumentos se ha obtenido esta fotomicrografía. Indique la fórmula utilizada y muestre los cálculos que ha hecho.
b) Por lo que se refiere a la estructura y la composición química de sus envolturas celulares, ¿qué quiere decir que Salmonella enterica es una bacteria gramnegativa?

2. Diga cuáles son los cuatro posibles mecanismos por los cuales una bacteria de la especie Salmonella enterica sensible a un antibiótico se puede volver resistente a este antibiótico. Escoja uno de estos mecanismos y explíquelo brevemente. [1 punto]

Nombre del mecanismo 1: Nombre del mecanismo 2: Nombre del mecanismo 3: Nombre del mecanismo 4: Mecanismo escogido y explicación:

3. La infección de 2018 causada por Salmonella enterica multirresistente se produjo en zonas donde se habían administrado diversos antibióticos a las vacas y los terneros. Después de administrar antibióticos al ganado es mucho más probable que las bacterias de su tubo digestivo sean resistentes a aquellos mismos antibióticos. Justifique este hecho desde el punto de vista evolutivo. [1 punto]

$\textbf{1. Salmonella enterica es una bacteria gramnegativa. La fotomicrografía adjunta la muestra mediante un microscopio electrónico de barrido. (1 punto)}$

$\textbf{a) Calcule a cuántos aumentos se ha obtenido esta fotomicrografía. Indique la fórmula utilizada y muestre los cálculos que ha hecho.}$

El cálculo se apoya en la barra de escala que lleva la fotomicrografía, rotulada $2\ \mu\text{m}$: la longitud que esa barra ocupa sobre el papel representa dos micrómetros reales.

$\text{Aumentos} = \dfrac{\text{tamaño en la imagen}}{\text{tamaño real}}$

Midiendo la barra con una regla se obtienen unos $2\ \text{cm}$, es decir, $20\ \text{mm}$, que hay que pasar a micrómetros para poder dividir por el tamaño real:

$20\ \text{mm} = 20\,000\ \mu\text{m}$

$\text{Aumentos} = \dfrac{20\,000\ \mu\text{m}}{2\ \mu\text{m}} = 10\,000$

La fotomicrografía está tomada, por tanto, a unos $10\,000$ aumentos, un valor coherente con un microscopio electrónico de barrido y muy superior al límite del óptico, que no pasa de unos $1\,500$. Como el dato de partida es una medida hecha con regla, se admite cualquier resultado del mismo orden; lo que se valora es el planteamiento y el manejo de las unidades. De paso, el cálculo permite estimar el tamaño de la bacteria: mide algo más de la mitad de la barra de largo, es decir, unos $1{,}5$ o $2\ \mu\text{m}$, lo esperable en un bacilo.

$\textbf{b) Por lo que se refiere a la estructura y la composición química de sus envolturas celulares, ¿qué quiere decir que Salmonella enterica es una bacteria gramnegativa?}$

Quiere decir que, por fuera de la membrana plasmática, tiene no una sino tres capas, y que su pared celular es delgada.

De dentro afuera, sus envolturas son las siguientes. La membrana plasmática es una bicapa de fosfolípidos con proteínas embebidas, sin colesterol, en la que además se alojan las cadenas de transporte electrónico, porque la bacteria no tiene mitocondrias. Sobre ella está la pared celular, formada por una capa fina de peptidoglicano o mureína, un polímero de cadenas alternas de N-acetilglucosamina y ácido N-acetilmurámico unidas transversalmente por puentes de aminoácidos; en las gramnegativas esa capa tiene solo una o dos láminas. Y por encima está la membrana externa, otra bicapa lipídica, característica y exclusiva de este grupo, rica en lipopolisacáridos y con porinas que regulan el paso de moléculas. Entre la membrana plasmática y la externa queda el espacio periplásmico, donde se aloja la pared.

Esa estructura es la que explica el resultado de la tinción de Gram, que es de donde viene el nombre. Al lavar con alcohol, la membrana externa se desorganiza y la capa fina de peptidoglicano no consigue retener el complejo de cristal violeta y yodo, de modo que la bacteria se decolora y después se tiñe de rosado con el colorante de contraste. Una grampositiva, con una pared gruesa de muchas láminas y sin membrana externa, lo retiene y se ve violeta.

Tiene además dos consecuencias prácticas: el lipopolisacárido de la membrana externa actúa como endotoxina y contribuye a la gravedad de la infección, y esa misma membrana dificulta la entrada de muchos antibióticos, lo que hace a las gramnegativas más difíciles de tratar.

$\textbf{2. Diga cuáles son los cuatro posibles mecanismos por los cuales una bacteria de la especie Salmonella enterica sensible a un antibiótico se puede volver resistente a este antibiótico. Escoja uno de estos mecanismos y explíquelo brevemente. (1 punto)}$

Cuestión	Respuesta Nombre del mecanismo 1	La mutación: un cambio espontáneo en su propio DNA. Nombre del mecanismo 2	La conjugación, transferencia horizontal de genes por contacto directo entre dos bacterias. Nombre del mecanismo 3	La transducción, transferencia horizontal de genes por medio de un bacteriófago. Nombre del mecanismo 4	La transformación, captación de DNA desnudo del medio. Mecanismo escogido y explicación	La conjugación. Una bacteria donadora que lleva el gen de resistencia en un plásmido, y con él los genes necesarios para fabricar el pilus sexual, emite ese pilus y lo engancha a la superficie de una bacteria receptora; al retraerse, acerca las dos células hasta ponerlas en contacto y se forma entre ellas un puente citoplasmático. El plásmido se abre por un punto y una de sus cadenas pasa a la receptora a la vez que se va replicando, de modo que al final las dos bacterias tienen un plásmido completo: la donadora no pierde nada, porque la conjugación es una copia y no un reparto. La receptora transcribe y traduce entonces el gen recibido y fabrica la proteína que la hace resistente, y podrá además transmitir el plásmido a su descendencia y actuar a su vez como donadora. Es el mecanismo que explica que una resistencia salte entre especies distintas y ya perfeccionada, sin que la bacteria receptora haya tenido que mutar.

Conviene distinguir los cuatro por lo que exige cada uno: la mutación no necesita a nadie más y es la fuente última de la variabilidad; la conjugación exige contacto físico entre dos bacterias vivas; la transducción exige un virus que haga de vehículo; y la transformación solo exige que haya DNA libre en el medio, liberado por bacterias muertas.

$\textbf{3. Justifique este hecho desde el punto de vista evolutivo. (1 punto)}$

Porque administrar un antibiótico no elimina la resistencia: la selecciona.

En cualquier población bacteriana existe variabilidad genética, generada al azar por mutación y aumentada por la transferencia horizontal de genes. Entre los millones de bacterias que pueblan el tubo digestivo de una vaca habrá, por casualidad, unas pocas que ya sean resistentes al antibiótico, porque poseen un enzima capaz de degradarlo, una bomba que lo expulsa o una diana modificada que este no reconoce. Esa variación es previa y no la provoca el antibiótico: las bacterias no se vuelven resistentes porque se las trate, unas pocas ya lo eran antes.

Al administrar el antibiótico al ganado, este actúa sobre la flora intestinal como un agente selectivo de una intensidad enorme. Mata a la inmensa mayoría, las sensibles, y deja vivas a las pocas resistentes, que además quedan sin competencia y con todo el alimento y el espacio a su disposición. Estas se multiplican por bipartición y, dado que el tiempo de generación de una bacteria se mide en minutos, en pocas horas repueblan el intestino: ahora la población entera es resistente. La resistencia, además, se propaga también a bacterias de otras especies por conjugación, porque muchos de esos genes viajan en plásmidos.

Es exactamente el mecanismo de la selección natural: variabilidad previa y azarosa, una presión selectiva que actúa sobre ella, y un cambio en las frecuencias génicas de la población, no en los individuos.

De ahí se sigue lo que observaron en 2018. En las zonas donde se habían administrado antibióticos al ganado, la flora intestinal de las vacas y los terneros era ya mayoritariamente resistente, y con ella las Salmonella que la acompañaban. Al llegar esas bacterias a la carne o a la leche y consumirse con una cocción insuficiente, que no basta para destruirlas, la cepa multirresistente pasó a las personas. Este es el argumento que sostiene la restricción del uso de antibióticos en la ganadería, y también su prohibición como promotores del crecimiento.