Ejercicio resuelto de Microbiología y biotecnología · Biología

7. May Robereta Berenbaum es la editora jefa de la revista científica Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, una de las 5 más prestigiosas del mundo. Esta revista publicó en febrero del 2022 un estudio global sobre residuos de medicamentos en las aguas fluviales de 258 ríos en 104 países de los 5 continentes que demostró que el 25% de los ríos tienen niveles muy altos de varios antibióticos como el metronidazol y el sulfametoxazol y esto es un problema porque favorece la aparición de “superbacterias” resistentes a antibióticos que suponen un peligro potencialmente importante para la salud humana.
a. ¿Por qué la presencia de antibióticos en los medios naturales favorece la aparición de estas “superbacterias” resistentes? (Calificación máxima 0,5 puntos)
b. Algunos de estos antibióticos inhiben la síntesis proteica en los ribosomas bacterianos, ¿afectarán a las plantas y animales? Razona tu respuesta {Calificación máxima 0,5 puntos}
c. Para mitigar en el río el problema de la presencia de “superbacterias” resistentes a antibióticos se ha liberado un virus bacteriófago. Razona por qué esta estrategia puede funcionar. Calificación máxima 0,5 puntos
d. Enumera las fases del ciclo lítico de un bacteriófago. (Calificación máxima 0,5 puntos)

$\mathbf{\text{a.}}\mathbf{\text{¿Por}}\mathbf{\text{qu}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{presencia}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{antibi}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{ticos}}\mathbf{\text{en}}\mathbf{\text{los}}\mathbf{\text{medios}}\mathbf{\text{naturales}}\mathbf{\text{favorece}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{aparici}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{estas}}\mathbf{\text{"superbacterias"}}\mathbf{\text{resistentes?}}\mathbf{\text{(Calificaci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{m}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{xima}}\mathbf{\text{0,5}}\mathbf{\text{puntos)}}$

Porque el antibiótico actúa como un agente de $\mathbf{\text{selecci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{natural}}$.

En cualquier población bacteriana numerosa aparecen, por mutación espontánea y al azar, individuos que casualmente resisten a un antibiótico; también pueden adquirir esa resistencia recibiendo un plásmido de otra bacteria por conjugación. En ausencia del antibiótico esos individuos no tienen ninguna ventaja y son una minoría. Pero cuando el medio contiene el antibiótico de forma continua, aunque sea a dosis bajas, todas las bacterias sensibles mueren o dejan de multiplicarse y $\mathbf{\text{solo}}\mathbf{\text{sobreviven}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{se}}\mathbf{\text{reproducen}}\mathbf{\text{las}}\mathbf{\text{resistentes}}$, que en pocas generaciones pasan a ser mayoría.

Es importante subrayar que el antibiótico $\mathbf{\text{no}}\mathbf{\text{causa}}$ la mutación: se limita a seleccionar a los que ya la tenían. Y el problema se agrava porque los genes de resistencia viajan en plásmidos y pueden transferirse por conjugación a otras especies, incluidas las patógenas, tal y como advierte el enunciado.

$\mathbf{\text{b.}}\mathbf{\text{Algunos}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{estos}}\mathbf{\text{antibi}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{ticos}}\mathbf{\text{inhiben}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{s}}\acute{\mathbf{\text{ı}}}\mathbf{\text{ntesis}}\mathbf{\text{proteica}}\mathbf{\text{en}}\mathbf{\text{los}}\mathbf{\text{ribosomas}}\mathbf{\text{bacterianos,}}\mathbf{\text{¿afectar}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{a}}\mathbf{\text{las}}\mathbf{\text{plantas}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{animales?}}\mathbf{\text{Razona}}\mathbf{\text{tu}}\mathbf{\text{respuesta.}}\mathbf{\text{(Calificaci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{m}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{xima}}\mathbf{\text{0,5}}\mathbf{\text{puntos)}}$

En principio $\mathbf{\text{no}}$, o muy poco, y en esa diferencia se basa su utilidad terapéutica.

La razón es que los ribosomas no son iguales en todos los seres vivos. Los de las bacterias son de tipo $\mathbf{\text{70}}\mathbf{\text{S}}$, con subunidades 50 S y 30 S, mientras que los del citosol de plantas y animales son de tipo $\mathbf{\text{80}}\mathbf{\text{S}}$, con subunidades 60 S y 40 S, y difieren de aquellos en tamaño, en el ARN ribosómico y en las proteínas. Un antibiótico diseñado para encajar en el ribosoma bacteriano no reconoce su diana en el nuestro. A eso se le llama $\mathbf{\text{toxicidad}}\mathbf{\text{selectiva}}$.

Ahora bien, conviene matizar: las mitocondrias —y los cloroplastos de las plantas— tienen ribosomas $\mathbf{\text{70}}\mathbf{\text{S}}$ por su origen endosimbiótico bacteriano, de modo que estos antibióticos sí pueden interferir en la síntesis de proteínas de esos orgánulos si alcanzan su interior. De ahí algunos de sus efectos secundarios.

$\mathbf{\text{c.}}\mathbf{\text{Para}}\mathbf{\text{mitigar}}\mathbf{\text{en}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{r}}\acute{\mathbf{\text{ı}}}\mathbf{\text{o}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{problema}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{presencia}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{"superbacterias"}}\mathbf{\text{resistentes}}\mathbf{\text{a}}\mathbf{\text{antibi}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{ticos}}\mathbf{\text{se}}\mathbf{\text{ha}}\mathbf{\text{liberado}}\mathbf{\text{un}}\mathbf{\text{virus}}\mathbf{\text{bacteri}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{fago.}}\mathbf{\text{Razona}}\mathbf{\text{por}}\mathbf{\text{qu}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{esta}}\mathbf{\text{estrategia}}\mathbf{\text{puede}}\mathbf{\text{funcionar.}}\mathbf{\text{(Calificaci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{m}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{xima}}\mathbf{\text{0,5}}\mathbf{\text{puntos)}}$

Porque un bacteriófago mata a la bacteria por un mecanismo $\mathbf{\text{completamente}}\mathbf{\text{distinto}}$ del de un antibiótico, de modo que la resistencia adquirida frente a este no sirve de nada frente a aquel.

El fago se adsorbe a un receptor de la pared bacteriana, inyecta su ácido nucleico, secuestra la maquinaria de la bacteria para fabricar sus propias piezas y, tras ensamblarse, provoca la lisis de la célula liberando cien o doscientos viriones nuevos. Nada de eso depende de la diana del antibiótico.

Tiene además dos ventajas notables: es muy $\mathbf{\text{espec}}\acute{\mathbf{\text{ı}}}\mathbf{\text{fico}}$, ataca solo a la especie o incluso a la cepa que reconoce y respeta al resto de la comunidad microbiana del río; y se $\mathbf{\text{multiplica}}\mathbf{\text{solo}}$ allí donde está su hospedador, de manera que la dosis se amplifica donde hace falta y desaparece cuando ya no quedan bacterias diana. Es la llamada terapia fágica.

La limitación previsible es que las bacterias también pueden hacerse resistentes al fago, por ejemplo alterando el receptor de superficie.

$\mathbf{\text{d.}}\mathbf{\text{Enumera}}\mathbf{\text{las}}\mathbf{\text{fases}}\mathbf{\text{del}}\mathbf{\text{ciclo}}\mathbf{\text{l}}\acute{\mathbf{\text{ı}}}\mathbf{\text{tico}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{un}}\mathbf{\text{bacteri}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{fago.}}\mathbf{\text{(Calificaci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{m}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{xima}}\mathbf{\text{0,5}}\mathbf{\text{puntos)}}$

$\mathbf{\text{i)}}\mathbf{\text{Adsorci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{o}}\mathbf{\text{fijaci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n.}}$ El fago se une por las fibras de su cola a un receptor específico de la pared de la bacteria. Es el paso que determina su especificidad.

$\mathbf{\text{ii)}}\mathbf{\text{Penetraci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{o}}\mathbf{\text{inyecci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n.}}$ La lisozima de la placa basal perfora la pared y la vaina de la cola se contrae inyectando el ácido nucleico; la cápsida vacía queda fuera.

$\mathbf{\text{iii)}}\mathbf{\text{Eclipse}}\mathbf{\text{o}}\mathbf{\text{multiplicaci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n.}}$ El genoma vírico anula el de la bacteria y dirige su maquinaria: se replica el ácido nucleico y se sintetizan las proteínas de la cápsida. Es la fase en que no se observa ningún virión completo.

$\mathbf{\text{iv)}}\mathbf{\text{Ensamblaje}}\mathbf{\text{o}}\mathbf{\text{maduraci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n.}}$ Las piezas se autoensamblan y se forman los nuevos viriones.

$\mathbf{\text{v)}}\mathbf{\text{Lisis}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{liberaci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n.}}$ Una lisozima vírica rompe la pared, la bacteria estalla y salen del orden de cien a doscientos fagos, listos para infectar a otras.

Frente a este, el ciclo lisogénico integra el genoma vírico en el cromosoma bacteriano como profago, sin destruir la célula.