¿Es siempre beneficioso bloquear el sistema de comunicación de las bacterias? Un equipo de la Universidad de Ginebra (UNIGE) y de la Nanyang Technological University (NTU Singapore) cuestiona esta idea ampliamente extendida en infectología. Al estudiar una bacteria responsable de una infección grave del corazón, los científicos demuestran que la perturbación de las señales de comunicación bacterianas puede asociarse con desenlaces clínicos desfavorables para los pacientes.
Imagen de microscopía electrónica de barrido de la bacteria Enterococcus faecalis en un biofilm. Se aplicó una pseudocoloración verde con Gemini AI a la imagen original únicamente con fines de visualización.
© Haris Antypas, Kenneth Ng Kok Fei
Publicados en Nature Communications, estos resultados abren el camino a estrategias terapéuticas más dirigidas y potencialmente más eficaces contra este tipo de infecciones.
La endocarditis infecciosa es una infección grave de la pared interna del corazón, más frecuentemente de las válvulas cardíacas. Puede ser provocada por diferentes bacterias, entre las que se encuentra Enterococcus faecalis, particularmente extendida. Estas bacterias a menudo coordinan sus comportamientos colectivos mediante un proceso llamado quorum sensing, un sistema de comunicación química que les permite evaluar el número de bacterias presentes en las proximidades. Gracias a este sistema, se organizan en densos cúmulos, llamados biofilms, que perturban el funcionamiento de las válvulas y resisten a los antibióticos. La endocarditis infecciosa se asocia así con una alta morbilidad.
Un equipo del SCELSE - Singapore Centre for Environmental Life Sciences and Engineering de la NTU, un centro de investigación multidisciplinar sobre biofilms y el microbioma, y de la Facultad de Medicina de la UNIGE cuestiona hoy la idea - ampliamente extendida en infectología - de que bloquear este sistema de comunicación sería siempre beneficioso. Si bien los inhibidores del quorum sensing se estudian activamente como terapias anti-virulencia, este estudio muestra que la supresión de la señalización bacteriana en las infecciones cardíacas puede, por el contrario, resultar contraproducente al favorecer una enfermedad más agresiva.
Los científicos constataron efectivamente que cuando Enterococcus faecalis pierde su capacidad para comunicarse con las bacterias vecinas, forma biofilms más grandes y resistentes en las válvulas cardíacas, provocando desenlaces clínicos más graves.
Estos resultados cuestionan una idea popular en la investigación de enfermedades infecciosas según la cual bloquear el quorum sensing sería siempre beneficioso.
El flujo sanguíneo silencia la comunicación bacteriana
Combinando dispositivos que imitan el flujo sanguíneo y un modelo animal de infección cardíaca, el equipo descubrió que en las primeras etapas de la infección, el flujo sanguíneo suprime activamente el quorum sensing. "En la superficie de las válvulas cardíacas, las bacterias están expuestas a un flujo sanguíneo intenso", explica el Dr. Haris Antypas, investigador principal en el SCELSE, autor principal y coautor correspondiente del estudio. "Este flujo elimina las señales químicas utilizadas por las bacterias para comunicarse, manteniendo así el quorum sensing inactivo."
A medida que la infección progresa, las bacterias se entierran más profundamente en las vegetaciones valvulares, donde están protegidas del flujo sanguíneo. En esta etapa, los científicos observaron que el quorum sensing se activa y juega un papel de freno, limitando un crecimiento excesivo de los biofilms. De manera llamativa, las bacterias totalmente desprovistas de quorum sensing sortean este mecanismo de control. En los modelos animales, estas cepas deficientes formaron biofilms más voluminosos, presentaron una tolerancia aumentada a los antibióticos y provocaron una enfermedad más severa.
El equipo atribuyó este efecto a dos mecanismos clave: una producción reducida de proteasas bacterianas - enzimas que degradan proteínas - y una reprogramación metabólica que permite a las bacterias utilizar más eficazmente los nutrientes disponibles en el huésped, alimentando así un crecimiento persistente.
Desenlaces más desfavorables en las personas afectadas
El estudio también analizó bacterias E. faecalis aisladas en pacientes con endocarditis infecciosa en Estados Unidos y Suiza. Casi la mitad de los aislados clínicos carecían de quorum sensing. Estos casos se asociaron con una presencia prolongada de bacterias en la circulación sanguínea a pesar de un tratamiento antibiótico activo. "No se trata de mutantes raros", subraya el Dr. Antypas. "Son frecuentes en los pacientes, y los datos sugieren que pueden contribuir activamente a desenlaces clínicos más desfavorables."
Estos resultados cuestionan así una idea popular en la investigación de enfermedades infecciosas según la cual bloquear el quorum sensing sería siempre beneficioso. "Los resultados muestran que, en la endocarditis infecciosa, la inhibición del quorum sensing puede en realidad perjudicar al huésped al favorecer el crecimiento de los biofilms", explica Kimberly Kline, profesora titular del Departamento de Microbiología y Medicina Molecular de la Facultad de Medicina de la UNIGE e investigadora invitada en el SCELSE (NTU), autora sénior y coautora correspondiente del estudio. "Comprender cuándo y dónde la comunicación bacteriana es beneficiosa o perjudicial para el paciente será esencial para diseñar terapias más inteligentes."