Gens de resistència als antibiòtics: contaminants emergents de l’aigua

La resistència als antibiòtics és una de les grans amenaces que afronta la humanitat des que, després de l’època daurada d’aquests valuosíssims fàrmacs, durant els anys 1950 i principis dels 1960, començà a fer-se patent que havíem entrat en una cursa entre l’enginy humà i els mecanismes de l’evolució microbiana per superar els obstacles antibiòtics. Just immediatament després de les primeres proves amb la penicil·lina, i quan encara no s’havia iniciat el seu ús clínic, ja es va descobrir (Abraham EP, Chain E., 1940) la primera β-lactamasa en E. coli. L’extensió i l’increment quantitatiu del fenomen de la resistència a mesura que es generalitzava l’ús dels antibiòtics va fer veure aviat que la batalla pel control definitiu de les malalties bacterianes no només no havia acabat sinó que es podia perdre. Segons dades de l’OMS, la manca d’efectivitat dels antibiòtics deguda a l’aparició de resistències bacterianes, provocà, només l’any 2019, 4.95 milions de morts, concentrades principalment en països pobres.

Atacar el problema de la resistència bacteriana als antibiòtics passa, naturalment, per avançar-nos en la capacitat de trobar o sintetitzar noves molècules amb acció antimicrobiana així com, també, en entendre els mecanismes de la resistència per poder dissenyar fàrmacs que la bloquegin, tal com es va fer amb l’àcid clavulànic per inhibir les primeres β-lactamases. Però també cal entendre com es transmet la resistència entre els microorganismes i en quins medis i amb quines condicions circulen i es propaguen els gens de resistència als antibiòtics. En aquests sentit és on adquireix una gran importància la detecció i identificació d’aquests gens en el medi ambient en general i a les aigües en concret, tant de les reserves naturals (subterrànies, superficials, etc.) com de les aigües de consum o residuals. 

Entendre els mecanismes de la resistència i la seva transmissió

Els científics guardonats aquest any amb el Premi Nobel de Fisiologia i Medicina, Victor Ambros i Gary Ruvkun ho han estat per haver descobert l’any 1993 petites molècules d’ARN no codificant en el nematode Caenorhabditis elegans. Posteriorment, successius treballs d’aquests investigadors han dilucidat el paper cabdal d’aquestes molècules, denominades microARN, en la modulació de l’expressió genètica de tots els organismes eucariotes després del procés de transcripció de l’ARN missatger. Entre moltes altres implicacions, el control dels processos cancerosos, depèn de l’acció dels microARN. Gràcies a les investigacions encetades amb els microARN eucariotes, avui sabem que en els organismes procariotes (els bacteris), les petites molècules d’ARN, equivalents als microARN eucariotes, també estan implicades en l’aparició de mecanismes moleculars de resistència als antibiòtics. 

La resistència d’un bacteri a l’acció d’un antibiòtic pot ser resultats de mecanismes moleculars mol variats com, per exemple, la síntesi de proteïnes que es combinen amb l’antibiòtic i el bloquegen, enzims que en modifiquen l’estructura, canvis en l’estructura de molècules diana, síntesi o increment de l’activitat de bombes proteiques d’extracció de xenobiòtics, canvis en la permeabilitat de les membranes cel·lulars, etc.  Conèixer aquests mecanismes i les parts crítiques dels seus engranatges, ja sigui a nivell de transcripció genètica, post-transcripció (on poden intervenir els ARN no codificants), traducció i post-traducció proteica, és la base per a la síntesi de nous fàrmacs amb eficàcia antibiòtica. Per exemple, el darrer nou antibiòtic amb resultats prometedors contra l’oportunista Acinetobacter baumannii (causant de moltes infeccions en centres hospitalaris, amb elevada mortalitat, pel fet de ser un bacteri resistent als carbapenems i a molts altres antibiòtics), el zosurabalpin, interactua amb proteïnes transportadores de lipopolisacàrids essencials en el manteniment de la membrana plasmàtica externa del bacteri. En aquest cas, l’eficàcia antibiòtica rau en la selecció d’una nova diana molecular.

Sens dubte un dels grans reptes que planteja la resistència als antibiòtics és que es pot transmetre entre diferents microorganismes, inclús d’espècies diferents. Els experiments de Frederick Griffith, publicats l’any 1928, demostraren per primera vegada que algun factor de transformació es podia transmetre entre cèl·lules bacterianes i que era capaç de modificar-ne la virulència. Posteriors estudis determinaren que aquests factors estaven constituïts per fragments d’ADN. Freeman V. J., l’any 1951, va descriure la transducció o transferència de gens virals al bacteri Corynebacterium diphtheriae i l’any 1959 la transferència horitzontal de gens entre diferents espècies de bacteris va ser demostrada per investigadors japonesos (Ochiai K, Yamanaka T, Kimura K, Sawada O). Durant els anys 1970 (Solioz & Marrs, 1977) es descobriren els denominats agents de transferència genètica: partícules similars a virus, formades per àcids nucleics combinats amb proteïnes i que també poden contenir gens de resistència als antibiòtics. De tots els mecanismes de transferència horitzontal de gens, possiblement la conjugació (l’intercanvi d’elements mòbils com plasmidis, transposons o integrons entre cèl·lules en contacte) és el que més contribueix a la transmissió dels gens de resistència als antibiòtics. 

Un problema sanitari i mediambiental

Coneixent la mobilitat dels gens de resistència als antibiòtics és fàcil entendre que poden aparèixer microorganismes resistents a un determinat antibiòtic sense haver estat mai en contacte amb aquell antibiòtic però que han incorporat els gens de resistència que estaven presents en el medi ambient. De fet, s’han trobat bacteris resistents als antibiòtics en el tracte intestinal de poblacions indígenes amazòniques que mai havien consumit cap antibiòtic. Precisament s’ha pogut comprovar la gran tendència que tenen els microorganismes del tracte intestinal humà a la transferència horitzontal de gens. Des del moment que, per la pressió selectiva dels antibiòtics emprats en humans o en animals,  s’activen els gens de la resistència i aquests poden circular tant de forma intracel·lular com extracel·lular a través de l’aigua o el sòl, el problema de la resistència bacteriana als antibiòtics pot contemplar-se ja com un problema de sanitat mediambiental. 

«Entre les activitats humanes que contribueixen més a la disseminació de gens de resistència als antibiòtics destaca la ramaderia intensiva»

Entre les activitats humanes que contribueixen més a la disseminació de gens de resistència als antibiòtics destaca la ramaderia intensiva, inclosa l’aqüicultura. Ingents quantitats d’antibiòtics s’empren, generalment a dosis baixes, com a agents profilàctics i promotors del creixement; el resultat és la proliferació sistemàtica i generalitzada de microorganismes resistents o bé dels propis gens en formes lliures extracel·lulars que, especialment a través de la femta, s’escampen pel sòl, l’aigua i, vehiculats per partícules de pols, possiblement també per l’aire. La valoració dels inconvenients que tenen les macrogranges d’aviram com la que ja hi ha a Llucmajor o la que es pretén construir a Sineu, ambdós municipis de Mallorca, hauria de tenir en compte aquest transcendental factor. També són focus emissors, lògicament, els hospitals i centres sanitaris on es concentra població tractada amb antibiòtics. A les aigües residuals de tots aquests punts contaminants no només hi van a parar una gran quantitat de bacteris portadors de gens de resistència als antibiòtics sinó que la presència inevitable de residus d’antibiòtics en aquestes aigües continua exercint la pressió selectiva sobre la població bacteriana i provoca, a la vegada, l’aparició de noves resistències i la transmissió d’aquestes, per transferència genètica horitzontal, a microorganismes potencialment patògens. Entre els més preocupants d’aquests patògens, per la seva virulència i per l’abundància de variants resistents als antibiòtics destaquen els denominats ESKAPE, acrònim de Enterococcus faecium, Staphylococcus aureus, Klebsiella pneumoniae, Acinetobacter baumannii, Pseudomonas aeruginosa, i Enterobacter spp. En bona lògica, la nova directiva europea de tractaments d’aigües residuals urbanes, d’imminent entrada en vigor, ja contempla la necessitat d’eliminar i controlar analíticament aquests microorganismes així com els gens de resistència més freqüents.

«Les aigües de consum no estan exemptes de contenir gens i microorganismes portadors de gens de resistència als antibiòtics»

Les aigües de consum no estan exemptes de contenir gens i microorganismes portadors de gens de resistència als antibiòtics; multitud d’estudis arreu del món així ho demostren i existeixen casos documentats de brots infecciosos provocats per aigües de beguda contaminades amb soques, resistents a diversos antibiòtics, de Salmonella, Shigella, Vibrio cholera, Acinetobacter o E. Coli entre d’altres. És remarcable el fet que els desinfectants, com per exemple el clor, si no s’empren en dosis que destrueixin el material genètic dels microorganismes, poden contribuir a la cessió a l’aigua de gens de resistència o bé a l’intercanvi d’aquest a través de les parets bacterianes amb la permeabilitat alterada. Segons indiquen els estudis fets fins ara, la forma més segura de destruir el material genètic codificador de resistències són els tractaments oxidatius avançats on es combinen diferents agents com, per exemple, UV/clor, UV/H₂O₂ o H₂O₂/UV/TiO₂.

El control analític dels antibiòtics ja forma part de les exigències de la normativa europea sobre qualitat de les aigües de consum. De moment l’únic antibiòtic que forma part de la llista dels contaminants emergents que s’han d’analitzar és l’azitromicina. Els gens de resistència als antibiòtics encara no s’hi inclouen però tot indica que més prest que tard, seran uns més dels contaminants emergents que s’hauran de controlar analíticament a les aigües de consum.