Primer análisis a gran escala de cómo se adapta la bacteria Staphylococcus aureus a los humanos

Los estafilococos forman parte de la microbiota humana, el conjunto de bacterias que habita en la piel, el intestino, la boca y el tracto respiratorio superior, donde se encuentra en alrededor del 30% de la población, habitualmente en la piel y la nariz. La bacteria más común de esta familia, Staphylococcus aureus (cuyo nombre hace referencia al aspecto que tiene al microscopio, como un “racimo de uvas doradas”), es inofensiva para la mayoría de las personas, aunque en determinadas circunstancias puede causar desde infecciones cutáneas, las más comunes, hasta infecciones invasivas del torrente sanguíneo más raras (sepsis). Las infecciones son más graves en personas con otras afecciones de salud.

Unos científicos han llevado a cabo un estudio pionero sobre la adaptación genética de la bacteria Staphylococcus aureus durante su colonización en personas portadoras.

El estudio es obra de un equipo internacional coliderado desde el Instituto de Biomedicina de Valencia (IBV), dependiente del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC), en España.

Este estudio es el más detallado hasta la fecha sobre los mecanismos por los que el tipo más común de estafilococo, Staphylococcus aureus, se adapta a vivir en el cuerpo humano.

Los resultados de este estudio, realizado por primera vez mediante análisis genéticos de la bacteria a partir de muestras de personas portadoras, podrían ayudar a mejorar la prevención, el diagnóstico y los tratamientos de las infecciones causadas por estos microorganismos.

“En este estudio, hemos analizado los genomas de más de 7.000 muestras de Staphylococcus aureus obtenidas de más de 1.500 portadores humanos para identificar cambios genéticos que se originaron en la bacteria en su hospedador y entorno natural. El uso de un análisis computacional nos permitió identificar los cambios genéticos en esta bacteria que probablemente contribuyen a una mejor supervivencia y permanencia durante la colonización humana”, explica Francesc Coll, científico titular del CSIC en el IBV y autor principal del nuevo estudio.

Los autores del estudio, entre quienes hay científicos de las universidades de Cambridge, Birmingham y Bristol (Reino Unido), y del Trinity College y la Universidad de Cork (Irlanda), adoptaron un enfoque experimental novedoso: en vez de observar la adaptación bacteriana en el laboratorio, analizaron los genomas de S. aureus de portadores humanos para identificar cambios genéticos recurrentes.

Staphylococcus aureus creciendo en una caja de Petri con agar sangre. (Fotografía tomada en el laboratorio RVMI (Respiratory Virus and Microbiome Initiative) del Instituto Wellcome Sanger, en el Reino Unido.)

Metabolismo del nitrógeno y resistencia a antibióticos

Aunque interpretar las condiciones exactas a las que se adaptaron las bacterias no siempre es sencillo, este método proporcionó una forma indirecta de descifrar cómo las bacterias sobreviven y se adaptan a su hospedador y a su entorno natural. Los autores del estudio identificaron por primera vez cambios en genes asociados con el metabolismo del nitrógeno, “lo que sugiere que se trata de un proceso metabólico clave necesario para la colonización de humanos por S. aureus”, asegura Coll. El estudio también identifica mutaciones en genes que podrían influir en la forma en que la bacteria interactúa con las células humanas y el sistema inmunológico.

Así, el estudio mostró que, en algunos casos, la bacteria S. aureus desactiva el sistema de regulación que controla los factores y las toxinas que contribuyen a la virulencia durante las infecciones. “Esto podría representar una estrategia de evasión del sistema inmunológico, o una forma para que algunas células de S. aureus se beneficien de los factores de virulencia secretados por otras células sin tener que producirlos ellas mismas, lo que llamamos células ‘tramposas’”, argumenta el investigador del CSIC.

Además, en el estudio se comprobó que S. aureus adquiere mutaciones de resistencia a antibióticos como el ácido fusídico, la mupirocina y la trimetoprima, demostrando que estas mutaciones efectivamente confieren resistencia contra tales antibióticos. La Organización Mundial de la Salud (OMS) considera las bacterias resistentes a antibióticos como uno de los problemas más graves a los que se enfrenta la humanidad en el futuro próximo, e incluye a la Staphylococcus aureus resistente a la meticilina en su lista de patógenos bacterianos prioritarios de 2024.

Mejorar la prevención y el tratamiento de las infecciones

“En conjunto, este estudio revela procesos biológicos clave que S. aureus emplea para sobrevivir y persistir como bacteria comensal en humanos”, resume Francesc Coll. Así, el estudio de la evolución y la adaptación genética de las bacterias en su entorno natural, ya sea durante la colonización asintomática de sus portadores o en el establecimiento y transcurso de infecciones, puede ayudar a mejorar la prevención, el diagnóstico y los tratamientos contra infecciones, aseguran los autores del estudio.

“Comprender cómo responden las bacterias a los tratamientos con antibióticos ha permitido identificar los cambios genéticos que les permiten sobrevivir al ataque de los antibióticos”, recuerda Coll. Estas mutaciones pueden utilizarse como marcadores diagnósticos, así como para diseñar nuevas estrategias terapéuticas y un uso más racional y eficaz de los antibióticos. Estudios de la adaptación bacteriana como este también podrían revelar mecanismos de evasión inmunológica, cómo las bacterias se adaptan para eludir el reconocimiento y ataque del sistema inmunitario. “Esto podría ayudar a identificar nuevos antígenos, componentes de la bacteria que el sistema inmunitario reconoce como extrañas o peligrosas, y diseñar nuevas vacunas”, puntualiza.

El estudio se titula “The mutational landscape of Staphylococcus aureus during colonisation”. Y se ha publicado en la revista académica Nature Communications. (Fuente: CSIC)