martes, 2 de noviembre de 2010

Alexander Fleming: la penicilina como medicamento

Alexander Fleming: la penicilina como medicamento


autores: Javier Álvarez y Miguel Vicente

La manía de un médico escocés, Alexander Fleming, de conservar apiladas en su mesa las placas viejas en las que había experimentado creciendo bacterias, y posiblemente el fumar con cierto descuido mientras las tenía abiertas, fueron casualidades que revolucionaron el tratamiento de las enfermedades infecciosas. Según cuentan, también ayudaron las fluctuaciones de la temperatura en un fin de semana londinense de 1928, frías al principio ayudaron más al crecimiento de un moho que al de la bacteria.

La placa en la que Fleming descubrió que un moho habia producido penicilina, una sustancia que frenaba el crecimiento de Staphylococcus,y que Fleming intuyó que sería un medicamento revolucionario.

¿Suerte o sabiduría?
Unos días después en su laboratorio londinense de la Facultad de Medicina del Hospital de Santa María, Fleming le echó otra mirada a una de esas placas, ya casi seca, y vio un moho procedente de una espora que la había contaminado. Las bacterias mas alejadas del hongo habían crecido hasta producir unas colonias de tamaño grande, mientras que las colonias más cercanas al hongo eran diminutas. Se cree que durante el tiempo frío el moho se desarrolló lo suficiente para producir penicilina, el primer antibiótico que se utilizó como medicina, al subir la temperatura pudieron crecer las bacterias que Fleming había inoculado, todas salvo las que había matado la penicilina. “De todos modos, las esporas no se pusieron de pie encima de la gelatina para decirme: Oiga, nosotras producimos una sustancia antibiótica”, comentaba Fleming en sus conferencias una vez que, probada ya la eficacia de la penicilina para combatir las infecciones, había recibido el Premio Nobel. Junto a él se les concedió el Nobel, en 1945, alaustraliano Howard Florey y al alemán Ernest Chain. Los dos habían desarrollado en laUniversidad de Oxford los procedimientos para producir penicilina pura a partir del hongo que aisló Fleming.

Alexander Fleming, su mesa de laboratorio y un variopinto conjunto de cultivos en tubos y placas cuidadosamente desordenados.

Desarrollo bélico
Durante años el descubrimiento de Fleming pasó casi inadvertido fuera de los círculos científicos porque no fue capaz de producir suficiente penicilina pura como para probar experimentalmente su hipótesis en un animal enfermo. Incluso Fleming tampoco supo clasificar científicamente el moho contaminante, Penicillium notatum, clasificación que realizó Charles Thom, un experto micólogo. Al comenzar la Segunda Guerra Mundial en 1939, fue cuando ante la necesidad de curar las heridas infectadas, se desarrollaron programas de investigación masiva sobre las sustancias capaces de matar a las bacterias. Florey y Chain, que eligieron la penicilina para sus investigaciones, tuvieron la suficiente constancia y ayuda, tanto científica como técnica y económica, para llegar a obtener resultados que no sólo probaron la hipótesis de Fleming sino que hicieron posible la utilización de la penicilina para combatir las infecciones.
Una sustancia escasa y cara
Al principio la producción de penicilina era escasa, pero la demanda de suministrarla en cantidades suficientes para atender las necesidades de la guerra pronto llevó a optimizar los procesos industriales para su producción, empezando por la identificación de otra variedad del moho, Penicillium chrysogenum, que la produce en mayor cantidad. De todas formas no fue hasta los años cincuenta, tras varias etapas de mejora industrial, cuando el suministro de penicilina se pudo extender a todos los países desarrollados a precios asequibles.
Fleming nació en Lochfield, Escocia, el 6 de agosto de 1881 y murió en Londres, Inglaterra, el 11 de marzo de 1955. Está enterrado en la Catedral de San Pablo, en compañía de otras personas ilustres del Reino Unido. Solía repetir una frase de Pasteur que dice:” El azar no favorece más que a los espíritus preparados”, algo parecido a lo que se comenta que decía Beethoven sobre que la inspiración existe, pero ha de encontrarte trabajando.
GLOSARIO
Colonia: Un grupo de bacterias que procede de la multiplicación de una sola bacteria inicial.
Espora: Una célula que los mohos usan para propagarse y que es resistente a las condiciones adversas.
Penicillium: Un moho del tipo de los que crecen en el pan y las frutas cuando se estropean.

Inventoras de la olla a presión: las bacterias en su prehistoria

Inventoras de la olla a presión: las bacterias en su prehistoria

autor: Miguel Vicente

No sabemos cómo eran las células que precedieron a las arqueas y a las bacterias, y tampoco sabemos si es que existieron, porque, como ya dije en otro artículo, no han dejado fósiles ni supervivientes entre los seres vivos actuales. Pero sí podemos, sabiendo cómo son hoy en día las bacterias, vislumbrar algo de cómo fueron sus orígenes.
Una de las propiedades sorprendentes de las bacterias es que su interior está a presión, cuatro atmósferas, algo más de lo que se alcanza en una olla a presión de cocina (que puele alcanzar el triple de la presión atmosférica).

El mar Precámbrico. El mar en el que posiblemente vivieron hace 3.500 millones de años las primeras bacterias era un lugar desértico en el que durante muchos millones de años sólo proliferaron arqueas y bacterias. Algunas de ellas dejaron rastros fósiles en forma deestromatolitos, unas formaciones en las que las bacterias provocaban la concreción de carbonatos y a la vez quedaban englobadas en ellos. Para comparar esta recreación de un mar de la época (American Museum of Natural History) con una imagen de estromatolitos vivos ver el artículo “La chatarra evoluciona”.

Lo mismo que las ollas a presión se fabrican con un grosor mayor que la batería de cocina normal, las bacterias necesitan una cubierta reforzada para resistir esa presión interna. Se piensa que la adquisición de esa cubierta, la macromolécula llamada peptidoglicano, marcó elhito que permitió a las bacterias acceder al éxito que han tenido en la historia de los seres vivos.
No cabe ni un alfiler.
¿De qué les sirvió a las bacterias tener una presión de turgor tan alta si esto les obligó a producir una cubierta rígida para no estallar? Se puede aventurar una explicación, que se queda un poco dentro de lo que son las hipótesis plausibles. La elevada presión interna, el turgor, se debe a que el interior de las bacterias está superpoblado, es una aglomeración de macromoléculas entre las que apenas hay un resquicio. En estas condiciones la química tiene poco que ver con lo que ocurre en un tubo de ensayo al uso, en el que los científicos utilizan soluciones muy diluidas con la vana esperanza de deducir cómo se comportan las moléculas en el interior de las células. Esto puede valer para estudiar las células humanas, que como las de sus congéneres animales tan solo están a un poco más de una atmósfera, pero no para las bacterias o arqueas.
Una de las conquistas de las bacterias primitivas debió ser precisamente lograr concentrar en un espacio confinado una cantidad de moléculas mucho mayor que la que existía en el exterior. Si hay que pensar en sus ancestros, probablemente fuesen bolsitas conteniendo en su interior lo mismo que había por fuera, eso ya era un avance porque permitió separar el interior del exterior y conservarlo así.

La aglomeración de un microcosmos. El intento de dibujar a escala todos los elementos que contiene una bacteria, Escherichia coli, da una impresión aproximada de los obstáculos que debe sortear para moverse una molécula que esté confinada en su interior. La imagen izquierda es una comunicación personal de Dennis Bray, la ampliación a la derecha tomada de Ellis and Hartl. 1996. FASEB J. 10: 20-26. En verde los ribosomas, encargados de la síntesis de proteínas (dibujadas en color rojo), son estructuras grandes y abundantes.

Encontrar las mejores amistades.
¿Por qué puedo ser útil tener una concentración alta de moléculas? Una de las explicaciones puede ser que en estas condiciones se maximizó el número de interacciones que podían ocurrir entre los componentes de la bacteria ancestral, algo que ya vimos en otro artículo que puede ser determinante en la generación de la biodiversidad, en especial a la hora de establecerprogramas de regulación de la expresión de la información genética. A las concentraciones de moléculas existentes en el ambiente el que dos moléculas se encuentren tiene una probabilidad ínfima, algo así como la que tiene un madrileño de encontrase con un maorí, por lo que difícilmente van a hacerse ni amigos ni enemigos. Por el contrario las probabilidades de encontrarse con alguien que vive en la misma casa son muy altas, y así es fácil que nos hagamos amigos o nos detestemos cordialmente.

Millones de años probando.

Para lograr las mejores amistades no basta con encontrarse. Posiblemente esa búsqueda de interacciones, la optimización de las que podían favorecer la vida de la bacteria, y por tanto permitirle crecer más eficazmente ocupó un buen número de millones de años desde que se tienen indicios de que existían bacterias, hace 3.500 millones de años. El éxito de las bacterias en el mundo actual es asombroso, están por todas partes, y ya escribiré otro artículo sobre ello, pero para su desgracia el peptidoglicano es su talón de Aquiles. Otros seres vivos encontraron una forma de combatir a las bacterias, antibióticos como la penicilina que impide que funcionen las moléculas que entrelazan las hebras del peptidoglicano para darle rigidez. De esa forma las paredes de la olla a presión se debilitan y ocurre la catástrofe, que la olla estalla.
No sabemos qué fue de esos otros bichos sin peptidoglicano, las bolsitas antecesoras, si es que alguna vez existieron no han dejado ni rastro ni hay cosa que se les parezca en el mundo viviente. Como siempre la historia la escriben los que sobreviven.

Aquiles curando a Patroclo. Kylix de figuras rojas, v. 500 a. C., Staatliche Museen (Berlín).

Acinetobacter baumannii: cómo se gesta un patógeno

Acinetobacter baumannii: cómo se gesta un patógeno

autores: Jesús Mingorance y José Ramón Paño (Hospital Universitario La Paz)
Acinetobacter baumanii es una bacteria poco conocida por el público, salvo por ocasionales, y breves, apariciones en los medios de comunicación cuando saltan algunas alarmas, como cuando por su causa ocurren muertes en algunos hospitales. Hasta la década de los 80 la mayoría de los aislados clínicos de A. baumannii eran sensibles a los antibióticos, pero desde entonces el panorama ha cambiado bastante, y son frecuentes los aislados resistentes a todos ó casi todos los antibióticos de uso habitual en la clínica. Además, algunos clones parecen tener facilidad para difundirse y han alcanzado una distribución geográfica continental e incluso mundial. ¿Cómo han podido éstos clones acumular tal cantidad de resistencias?

La bacteria que a veces protagoniza titulares. Las especies deAcinetobacter son de morfología variable. Suelen ser bacilares(cilíndricas) en la fase de crecimiento rápido y cocobacilares ócocoides (redondeadas) cuando el crecimiento es lento ó se detiene. Hay veces en las queAcinetobacter salta a las cabeceras de los diarios.

A. baumannii es una bacteria Gram-negativa, de la que destacan su habilidad para alimentarse de una gran variedad de compuestos orgánicos y su capacidad para sobrevivir bastante bien en condiciones adversas. Y son estas dos características las que hacen del género Acinetobacter(que incluye A. baumannii y otras especies) un grupo de grandes colonizadores, organismos capaces de extraer energía de casi cualquier migaja orgánica  y de persistir bastante tiempo en medios tan áridos para una bacteria como la superficie de una mesa ó el teclado de un ordenador. En concordancia con estas características, las especies de Acinetobacter pueden encontrarse en cualquier rincón de nuestro entorno: suelos, aguas, muebles, y otros objetos. Además, forman parte de la flora normal de la piel de los seres humanos.
Acinetobacter y las infecciones hospitalarias
¿Es Acinetobacter un microorganismo peligroso? Habitualmente no, incluso las cepas hospitalarias más agresivas pueden vivir sobre nuestra piel sin producirnos la más mínima molestia. Las mucosas, el sistema inmune, y la flora saprofita contribuyen a limitar su crecimiento, y muy raramente produce infecciones en individuos sanos. Sin embargo, en las condiciones de una UCI hospitalaria se convierte en un microorganismo patógeno y es capaz de producir tanto infecciones esporádicas como brotes epidémicos. ¿Por qué? Paradójicamente, la limpieza del medio con antisépticos y los tratamientos antibióticos a que están sometidos muchos pacientes producen alteraciones importantes de los ecosistemas microbianos que dejan el campo libre a éstas y otras bacterias oportunistas; además, las barreras físicas que impiden la entrada de bacterias en el cuerpo del paciente están abiertas (los catéteres dan vía libre al torrente circulatorio) ó dañadas (las mucosas respiratorias en un paciente con respiración asistida), y por último los pacientes están debilitados e incluso inmunodeprimidos. En estas circunstancias Acinetobacter tiene ante si un medio libre de competencia, un territorio ideal para aprovechar sus genes de resistencia a los antibióticos, y los de virulencia, que le permiten superar las debilitadas defensas del paciente, es decir, vía libre para invadir al paciente y crecer.
La captura de genes foráneos acumula resistencias
Una característica importante de este grupo de bacterias es su capacidad para tomar ADN de su entorno e integrarlo en su propio cromosoma. Aunque esto no es, ni mucho menos, exclusivo deAcinetobacter, las habilidades de este grupo son realmente pasmosas. Recientemente se ha descrito en una cepa de A. baumannii de origen hospitalario que en una pequeña región de su cromosoma (unas 70 kilobases; cada  kilobase  es decir cada mil nucleotidos, da mas o menos para un gen) contiene más de 40 genes de resistencia a diferentes antibióticos y antisépticos. El análisis detallado de las secuencias muestra que este fragmento cromosómico es un mosaico genético formado por genes que posiblemente proceden de diversos orígenes, lo que indicaría que es el resultado de múltiples e independientes sucesos de adquisición de fragmentos de ADN procedentes de varias fuentes, por eso reciben el nombre PAIs, o “putative alien regions(regiones supuestamente foráneas)”. La secuenciación de diversos genomas completos de cepas, hospitalarias y no hospitalarias, de Acinetobacter indica que esta región del cromosoma, si bien resulta excepcional por su tamaño, no es una mera curiosidad aislada, sino que refleja un fenómeno común en este grupo de bacterias. Los genomas secuenciados contienen abundantes regiones PAIs en las que se acumulan genes de resistencia y genes de virulencia.

Mapa genético de la región AbaR1 de la cepa AYE de A. baumannii. Esta región, secuenciada por Fournier et al. (2006), contiene genes de resistencia a antibióticos beta-lactámicos, aminoglucósidos, fluoroquinolonas, cloramfenicol, tetraciclinas y rifampicina, además de genes de resistencia a metales pesados y antisépticos. Los colores indican el posible origen de cada fragmento de ADN. En verde, genes similares a los de Pseudomonas; en naranja, genes similares a los de Salmonella; en malva, genes similares a los de Escherichia coli; en celeste, similares a otras bacterias.

¿Es o no es un patógeno?
Existe un debate en los medios clínicos sobre si A. baumanii es un patógeno ó no lo es. Aunque parezca sorprendente, no es obvio en absoluto. Como ya se ha comentado se trata de un grupo de bacterias ubicuo y con gran capacidad para sobrevivir y colonizar nuevos nichos. Sin duda son éstas extraordinarias capacidades las que le han permitido adaptarse a un medio nuevo en el que la presión antibiótica puede ser extraordinariamente fuerte como es el medio hospitalario. Si bien es cierto que A. baumannii es portador de gran cantidad de genes de virulencia, también lo es que la mayor parte de los pacientes infectados ya estaban graves antes de la infección (razón por la que estaban en la UCI…), y por ello con frecuencia es difícil determinar si la infección ha tenido algún efecto substancial sobre el curso de la enfermedad del paciente. Se han realizado diversos estudios epidemiológicos para intentar medir las consecuencias de la infección porAcinetobacter en las UCIs hospitalarias pero los resultados no son enteramente satisfactorios; algunos estudios encuentran una relación muy clara entre infección y mortalidad ó morbilidad, y otros no. ¿Cuál es la razón de éstas discrepancias? En los pacientes críticamente enfermos generalmente son varios los órganos vitales comprometidos y la capacidad de respuesta ante una agresión adicional (por ejemplo una infección por A. baumanii) es escasa. Estos factores son variables y difíciles de medir de manera objetiva y como consecuencia los análisis estadísticos para evaluar una asociación entre infección y mortalidad son extraordinariamente complejos y con frecuencia insuficientes. Al margen del debate epidemiológico, la necesidad clínica es, obviamente, tratar la infección. El problema es que, como ya hemos mencionado, las opciones terapéuticas están, en algunos casos, muy limitadas.
Cómo se explota un nuevo territorio
Las UCIs hospitalarias conforman un nuevo nicho ecológico, con unas condiciones muy especiales y diferentes a las de cualquier otro ambiente. Este nuevo territorio está siendo colonizado por diversas especies de bacterias, entre ellas las del género Acinetobacter. Aquí, los microorganismos portadores de resistencias a antibióticos pueden crecer sin competencia, y los portadores de genes de virulencia pueden enfrentarse con éxito a los debilitados sistemas defensivos de los pacientes. Surgen así patógenos oportunistas, microorganismos que eran parte de la flora bacteriana de nuestro entorno, y que ahora, en este medio adquieren la capacidad de producir infecciones. Cabe recordar, además, que en un espacio reducido (en términos ecológicos) se reúnen pacientes con patologías y condiciones muy diversas que requieren diferentes tratamientos.  En este medio se utilizan la mayor parte de los antibióticos disponibles y en dosis elevadas, lo que quiere decir que la presión antibiótica que se ejerce es altísima, y por lo tanto, aunque parezca paradójico, es aquí, y no en otro lugar, donde los microorganismos multirresistentes encuentran su oportunidad.

Vida confortable, enfermedad y medicinas: la historia del siglo veinte en un gráfico

Vida confortable, enfermedad y medicinas: la historia del siglo veinte en un gráfico

autor: Miguel Vicente

En el siglo XX ocurrieron grandes desastres, dos guerras mundiales fueron la causa de innumerables pérdidas de vidas y recursos. Pero también fue la época en que la expectativa de vida dentro de los países más avanzados aumentó de forma espectacular pasando de los 50 años a finales del siglo XIX a los 80 que en 2007 era la media de la población española (EL PAÍS 30 de octubre 2007). Una mejor alimentación, mejores condiciones higiénicas y de confort, así como los avances en la Medicina son sin duda los principales factores que produjeron esa mejora.

Enfermedades como la gripe española causaron un enorme impacto en la historia del siglo XX. Hospital militar de urgencia durante la epidemia de gripe española. Camp Funston, Kansas, USA. (Imagen: National Museum of Health and Medicine, Armed Forces Institute of Pathology, Washington, D.C., United States).

Examinar la gráfica en la que se representa el número anual de muertes por cada cien mil habitantes ocurridas en los Estados Unidos desde 1900 a 1996 es bucear en la historia social y médica del pasado siglo. Lo primero que salta a la vista es un descenso gradual a lo largo de los años, tan solo roto por un pico anormal de muertes en 1918-1919, descenso que se acelera entre 1937 y 1953 y que tiene un repunte a partir de 1980. El descenso global refleja sin duda las mejoras en higiene, alimentación y confort, así como la mejor atención médica, pero ¿qué ha podido causar los otros cambios?
Antibióticos y guerras
El pico de muertes que ocurrió en 1918, año en el que varios países eran devastados por la Primera Guerra Mundial, no tuvo como causa principal esa contienda, sino una enfermedad infecciosa, la gripe española. El descenso más acelerado entre 1937 y 1953 es el efecto que tuvo la introducción de las medicinas para combatir las infecciones bacterianas: sulfamidas (1935) y antibióticos como penicilina (1941),  estreptomicina (1943) e isoniazida (1952). Coincide en parte esta bajada en la mortandad con el final de la Segunda Guerra Mundial, la penicilina fue en gran parte un esfuerzo bélico para curar las infecciones provocada por las heridas. Por último, el repunte en la frecuencia de fallecimientos que se inicia en 1980, y que casi devuelve la tendencia de la curva a la que existía en la era pre-antibióticos se explica por la propagación de resistencias a los antibióticos en las bacterias patógenas.


Mortandad anual  por cada cien mil habitantes durante el siglo XX en los Estados Unidos. En el recuadro se indican las tendencias. Las flechas señalan los cambios de tendencia por la disponibilidad de antibióticos y por la propagación de resistencias a ellos.

Un virus peor que la guerra
Estas gráficas, en las que las frías cifras de las estadísticas esconden sucesos históricos y cambios sociales, tienen un atractivo fascinante. Además algunas han servido para más, como es el caso de la distribución de edades de las personas que fallecieron por gripe española. Mientras la mayoría de víctimas de la gripe normal son niños o ancianos, en la epidemia de gripe española el número de víctimas entre adultos jóvenes, de 20 a 40 años fue anormalmente alto, mientras que su efecto en mayores de 65 años fue apreciablemente menor. El análisis de estos datos sugiere que las personas nacidas antes de 1889 habían adquirido inmunidad al virus de la gripe española por ser supervivientes de otro virus que les infectó al rondar los 35 años de edad.



Mortandad según la edad en la epidemia de gripe española comparada con epidemias de gripe normal. 
La epidemia de gripe española en 1918 causó más víctimas entre adultos jóvenes que las epidemia de años anteriores de gripe normal. Su efecto sobre la expectativa de vida, panel de abajo, fue  acusado.

De España solo el nombre
El virus de la gripe española fue uno de los peligrosos casos en los que un virus que infecta animales, y en particular aves, muta de manera que puede infectar a los humanos. Nada tuvo que ver España en el origen del virus, aunque se creía que ocurrió en Norteamérica no parece que haya pruebas concluyentes sobre ello. Pero España sí tuvo un papel importante en la difusión de las noticias que constataban la pandemia. Razones estratégicas, a consecuencia del estado de guerra, condujeron al bloqueo de la información sobre ella en las potencias beligerantes, pero cuando el virus pasó a España, un país neutral, los medios de comunicación, que en nuestro país no tenían esas cortapisas, pudieron difundir la noticia. Fue esto lo que llevó a llamar a esa infame plaga con el nombre por el que se conoce.

Los pastorcillos de Fátima, en los dos extremos de la expectativa de vida en el siglo XX. Los hermanos Jacinta y Francisco, a los lados, sucumbieron, al año siguiente de que se tomase la foto, víctimas de la gripe española. Su prima Lucía, en el centro, falleció a los 97 años, en 2005.

De las gráficas de mortandad no podemos predecir qué nos depara el futuro, pero sí podemos extraer algunas conclusiones, como es la necesidad de mantener los hábitos de vida saludables adquiridos en el siglo pasado y extenderlos a los países menos favorecidos como la mejor ayuda que podemos prestar. Y la de encontrar nuevos medicamentos que frenen las infecciones si no queremos retroceder a un escenario en el que las enfermedades infecciosas sean, incluso en los países más desarrollados, la amenaza que representaban hace un siglo, cuando una sola epidemia de cólera en 1903 produjo en la India más de un millón de muertes.

REFERENCIA
Armstrong GL, Conn LA & Pinner RW (1999) Trends in infectious disease mortality in the United States during the 20th century. J Amer Med Assoc 281: 61-66.