La resistencia a los antibióticos, cuando las bacterias causantes de infecciones evolucionan de modo que ya no les afectan los antibióticos típicos, es una preocupación mundial. Una nueva investigación de la Universidad de Tokio ha cartografiado la evolución y el proceso de selección natural de la bacteria Escherichia coli (E. coli) en el laboratorio. Estos mapas, llamados paisajes adaptativos, ayudan a comprender mejor el desarrollo paso a paso y las características de la resistencia de ´E. coli´ a ocho fármacos diferentes, incluidos los antibióticos. Los investigadores esperan que sus resultados y métodos sean útiles para predecir y controlar la ´E. coli´ y otras bacterias en el futuro.

Hay muchos tipos distintos de intoxicación alimentaria, pero una causa común es la proliferación de bacterias como la ´E. coli´. La mayoría de los casos, aunque desagradables, pueden tratarse en casa con reposo y rehidratación pero en algunas ocasiones puede provocar infecciones potencialmente mortales. Si padece una infección bacteriana, la medicación antibiótica puede ser un tratamiento potente y eficaz, pero la resistencia a los antibióticos, es decir, la capacidad de las bacterias para fortalecerse lo suficiente como para no responder a la medicación, es una grave preocupación mundial. Si los antibióticos dejan de ser eficaces, volveremos a correr el riesgo de contraer enfermedades graves por pequeñas heridas y dolencias comunes, advierten los investigadores.

"El desarrollo de métodos que puedan predecir y controlar la evolución bacteriana es crucial para encontrar y suprimir la aparición de bacterias resistentes --explica el investigador Junichiro Iwasawa, estudiante de doctorado en la Facultad de Ciencias en el momento de realizar el estudio--. Así, hemos desarrollado un método novedoso para predecir la evolución de la resistencia a los fármacos utilizando datos obtenidos a partir de experimentos de evolución en laboratorio de la ´E. coli´".

Los investigadores, que publican su estudio en la revista ´PLoS Biology´, utilizaron un método denominado evolución adaptativa de laboratorio (EAL) para "repetir la cinta" de la evolución de ´E. coli´ resistente a ocho fármacos diferentes, incluidos antibióticos. El método permitió a los investigadores estudiar la evolución de cepas bacterianas con características específicas observables (denominadas fenotipos) en el laboratorio. Esto les ayudó a comprender qué cambios podrían producirse en las bacterias durante el proceso de selección natural a largo plazo.

"Aunque los experimentos convencionales de evolución en laboratorio han requerido mucha mano de obra, mitigamos este problema utilizando un sistema de cultivo automatizado desarrollado previamente en nuestro laboratorio. Esto nos permitió adquirir datos suficientes sobre los cambios fenotípicos relacionados con la evolución de la resistencia a los fármacos --explica Iwasawa--. Analizando los datos adquiridos, mediante el análisis de componentes principales (un método de aprendizaje automático), hemos podido dilucidar el paisaje de aptitud que subyace a la evolución de la resistencia a los fármacos de ´E. coli´".

Los paisajes adaptativos parecen mapas topográficos en 3D. Las montañas y los valles del mapa representan la evolución de un organismo. Los organismos situados en las cumbres han evolucionado para tener una mejor "aptitud", o capacidad para sobrevivir en su entorno. "Las coordenadas del paisaje adaptativo representan estados internos del organismo, como patrones de mutación genética (genotipos) o perfiles de resistencia a fármacos (fenotipos), etc --señala Iwasawa--. Así, el paisaje describe la relación entre los estados internos del organismo y sus correspondientes niveles de adaptación. Al dilucidar el paisaje de la aptitud, se espera que la progresión de la evolución sea predecible".

El equipo cree que los paisajes adaptativos que ha cartografiado en este estudio y los métodos desarrollados en el proceso serán útiles para predecir y controlar no sólo en ´E. coli´, sino también otras formas de evolución microbiana. Los investigadores esperan que esto conduzca a futuros estudios que puedan encontrar formas de suprimir las bacterias resistentes a los fármacos y contribuir al desarrollo de microbios útiles para la bioingeniería y la agricultura.

Iwasawa concluye que "el siguiente paso importante es intentar utilizar los paisajes adaptativos para controlar la evolución de la resistencia a los fármacos y ver hasta qué punto podemos controlarla. Esto puede hacerse diseñando experimentos de evolución en laboratorio basados en la información de los paisajes".