Co-carriage of bla KPC-33 and tmexCD2-toprJ2 on a Transferable Plasmid in an ST15-KL19 Klebsiella pneumoniae Isolate

En el mundo microscópico de las bacterias, la supervivencia a menudo depende de una carrera armamentista constante contra las medicinas diseñadas para matarlas. Cuando los médicos tratan infecciones graves, dependen de antibióticos potentes, pero las bacterias pueden desarrollar defensas que vuelven inútiles estos fármacos. Dos de las defensas más críticas involucran estrategias diferentes: una consiste en producir una enzima que actúa como un par de tijeras, cortando la estructura química de un fármaco antes de que pueda actuar, mientras que la otra utiliza un sistema de bombeo para expulsar activamente el fármaco de la célula. Durante años, los científicos han observado cómo se propagan estas defensas, encontrándolas a menudo en diferentes bacterias o en diferentes portadores genéticos. La preocupación surge cuando estas distintas defensas aparecen juntas, especialmente si viajan a bordo del mismo vehículo genético móvil, permitiendo que una sola bacteria se vuelva resistente a múltiples clases de fármacos a la vez. Este escenario crea un desafío significativo para la medicina moderna, ya que limita las herramientas disponibles para tratar las infecciones.

Investigadores en China descubrieron recientemente un caso específico de esta convergencia en una cepa de Klebsiella pneumoniae, una causa común de infecciones contraídas en hospitales. Aislaron una bacteria de un paciente y descubrieron que portaba dos mecanismos de resistencia principales en una única pieza de material genético transferible. Esta bacteria, identificada como la cepa 1640, resultó poseer un gen que produce una versión modificada de una enzima de corte de fármacos, junto con un grupo de genes que codifica una bomba de expulsión de fármacos. Lo que hizo que este descubrimiento fuera particularmente notable fue que ambas herramientas de resistencia se encontraban en el mismo anillo circular de ADN, conocido como plásmido, que la bacteria podía transmitir a otras. El estudio confirmó que este plásmido podía saltar con éxito de la Klebsiella original a un tipo diferente de bacteria, Escherichia coli, en un entorno de laboratorio, transfiriendo las capacidades de resistencia en el proceso.

La propia cepa, designada como 1640, presentó un panorama complejo cuando se probó contra diversos antibióticos. Resultó resistente a una combinación específica de fármacos utilizada para tratar infecciones difíciles, pero se mantuvo vulnerable a otros antibióticos potentes que se utilizan a menudo como último recurso. Este desajuste entre los genes que portaba la bacteria y el comportamiento real de la misma fue un foco clave de la investigación. Los investigadores descubrieron que la bacteria portaba una variante específica de la enzima de corte, conocida como KPC-33, que es una versión modificada de una enzima más común. Esta modificación permite que la bacteria resista a la combinación de fármacos que normalmente detendría a la versión estándar. Al mismo tiempo, la cepa portaba un grupo de genes responsable de un sistema de bombeo que típicamente reduce la efectividad de un fármaco llamado tigeciclina. Sin embargo, a pesar de portar los genes para esta bomba, la bacteria no mostró la resistencia esperada a la tigeciclina en las pruebas de laboratorio.

Para comprender cómo estaban dispuestos estos genes, el equipo mapeó el plano genético completo de la bacteria. Descubrieron que el gen de la enzima de corte y el grupo de genes de la bomba se encontraban uno al lado del otro en un plásmido que tenía aproximadamente 146,193 pares de bases de longitud. Este plásmido no era solo una colección aleatoria de genes; tenía una estructura específica que le permitía moverse entre bacterias. Los investigadores compararon este plásmido con otros encontrados en diferentes bacterias y descubrieron que, si bien el cuerpo principal del plásmido era muy similar a portadores genéticos conocidos, las regiones específicas que sostenían los genes de resistencia tenían características únicas. El gen de la enzima de corte estaba rodeado de elementos genéticos específicos que diferían de los encontrados en otros plásmidos similares, mientras que el grupo de genes de la bomba estaba altamente conservado, lo que significa que se parecía mucho a las versiones encontradas en otras bacterias.

El equipo luego probó si este plásmido podía realmente moverse de una bacteria a otra. Mezclaron la cepa original con una cepa inofensiva de E. coli en un entorno controlado. El experimento mostró que el plásmido se transfirió con éxito a la E. coli a una tasa mensurable. Una vez que la E. coli recibió el plásmido, se volvió resistente a la misma combinación de fármacos a la que la cepa original resistía. Sin embargo, incluso después de recibir los genes de la bomba, la E. coli no se volvió resistente a la tigeciclina. Este resultado reforzó la idea de que el simple hecho de poseer los genes de la bomba no garantiza la resistencia; otros factores dentro de la bacteria probablemente influyen en si la bomba funciona de manera efectiva.

Un análisis posterior ubicó a esta cepa dentro de una familia específica de bacterias conocida como tipo de secuencia 15, que se encuentra globalmente pero es particularmente común en China. Los investigadores compararon la composición genética de la cepa 1640 con casi cien otras cepas de esta familia. Aunque la estructura genética central de la bacteria era muy similar a otras cepas chinas, los genes de resistencia que portaba eran únicos. Ninguna de las otras cepas de la comparación portaba la misma combinación exacta de la variante de la enzima de corte y el grupo de genes de la bomba. Esto sugiere que la cepa adquirió estas herramientas de resistencia específicas a través del movimiento de material genético en lugar de haberlas evolucionado lentamente durante un largo periodo. El estudio concluye que, si bien el perfil de resistencia de la bacteria era complejo y no totalmente predecible a partir de sus genes, la presencia de ambos mecanismos de resistencia principales en un solo plásmido móvil representa un riesgo significativo. Esta configuración permite la posible propagación de múltiples rasgos de resistencia simultáneamente, resaltando la necesidad de un seguimiento continuo de cómo estos elementos genéticos se mueven y se combinan en las poblaciones bacterianas.