Hace cien años, un tercio de todas las muertes de adultos y la mitad de todas las muertes infantiles eran consecuencia de enfermedades infecciosas, como las causadas por patógenos bacterianos. Para principios de este siglo, esas cifras se redujeron drásticamente (especialmente las de enfermedades transmisibles) y, actualmente, solo el 7 % de las muertes infantiles se atribuyen a estas enfermedades. Esto fue posible, en parte, gracias a la aparición de los antibióticos.
¿Qué son los antibióticos?
Los antibióticos son sustancias químicas antimicrobianas, producidas en la naturaleza por bacterias y hongos. Estas sustancias químicas ayudan a los organismos que las producen a sobrevivir dentro de la comunidad microbiana en la que se encuentran. Las sustancias antimicrobianas les ayudan a inhibir el crecimiento o matar a otras bacterias, con las que compiten por recursos limitados —como el agua o los alimentos—, especialmente, en entornos donde estos recursos están menos disponibles.
Los antibióticos son fármacos antibacterianos; es decir, utilizados para tratar enfermedades infecciosas causadas por bacterias. Atacan exclusivamente a la célula bacteriana, y no al organismo huésped.
Los antibióticos son uno de los fármacos más importantes usados en la medicina moderna. Estos fármacos se emplean para tratar enfermedades transmisibles causadas por patógenos bacterianos. Los antibióticos pueden ser producidos de forma natural por bacterias y hongos; pero, también, pueden se el resultado de procesos realizados en laboratorios. En estos, son parcialmente mejorados, mediante procesos dirigidos a aumentar su eficacia; o son producidos por síntesis química, a partir de estructuras antimicrobianas naturales funcionales.
La isoniazida es un antibiótico que se sintetiza químicamente para tratar la tuberculosis.
¿Cómo funcionan los antibióticos?
Los antibióticos actúan o bien matando la bacteria directamente (bactericida), o bien deteniendo su crecimiento y capacidad de multiplicación (bacteriostático). En este último caso, la población de bacterias se estabiliza en el huésped infectado, lo que da al sistema inmunitario del huésped una mayor oportunidad de combatir la infección.
Los diferentes aspectos críticos del crecimiento o el metabolismo de las bacterias a los que se dirigen los antibióticos incluyen:
- La síntesis de la pared celular de las bacterias.
- La actividad de las proteínas de la membrana celular.
- La replicación del ADN bacteriano.
- La síntesis de proteínas.
Las quinolonas son antibióticos que interfieren en la replicación del ADN. La tetraciclina y la estreptomicina son inhibidores de la síntesis de proteínas, y la polimixina es un inhibidor de la membrana celular.
Uno de los tipos de antibióticos más populares es el que interfiere con la pared celular bacteriana. Esta pared está formada por largos polímeros estructurales, llamados peptidoglicanos, que se ensamblan mediante enlaces cruzados que se forman entre ellos. Algunos antibióticos, como la penicilina, actúan impidiendo la formación de estos enlaces cruzados, porque inhiben las enzimas que los construyen.
La penicilina es, quizás, uno de los antibióticos más famosos y el primero en ser descubierto. La penicilina fue descubierta en 1928 por Alexander Fleming, en Londres. Sin embargo, tuvieron que pasar varios años hasta que se comprendió todo su potencial para el tratamiento de enfermedades infecciosas; por esto, su uso se generalizó solo a partir de la década de 1940. La penicilina inició una nueva era en la medicina terapéutica moderna al proporcionar una forma eficaz de tratar —por ejemplo, la neumonía o la fiebre reumática— que no existía hasta ese momento.
A medida que las bacterias crecen, necesitan expandir su pared celular. Es durante este proceso que la penicilina actúa: dispara la actividad de unas enzimas endógenas de las bacterias denominadas autolisinas, las cuales crean agujeros en la pared de las células. Cuando esto sucede, las bacterias sintetizan peptidoglicanos para reconstruir las partes faltantes. Sin embargo, en presencia de la penicilina, los enlaces entre estos peptidoglicanos no se producen; de modo que, a medida que aparecen nuevos agujeros en la bacteria en crecimiento, su pared celular se debilita progresivamente. Este debilitamiento acaba provocando el estallido de la célula bacteriana por el potencial de presión osmótica de su contenido de agua (ver Fig. 1).
El potencial de presión osmótica se refiere al potencial de las moléculas de agua para pasar de una solución hipotónica a una solución hipertónica, a través de una membrana parcialmente permeable.
Importancia de los antibióticos
Como mencionamos anteriormente, los antibióticos se han convertido en herramientas terapéuticas increíblemente relevantes en el último siglo, y ayudan de forma significativa a reducir la incidencia de las enfermedades infecciosas causadas por patógenos bacterianos.
La importancia de los antibióticos radica en el hecho de que únicamente se dirigen a los componentes de las células bacterianas y no a los que están presentes en el huésped eucariota infectado (como las células humanas). Por ejemplo, nuestras células no tienen paredes celulares, por lo que no nos afecta la penicilina. Otros antibióticos pueden dirigirse a proteínas específicas del patógeno bacteriano que no se encuentran en los seres humanos. Esta selectividad garantiza que la acción de los antibióticos se limite a las bacterias y no a nosotros.
No obstante, un error común es pensar que los antibióticos también pueden utilizarse para tratar los virus. Los virus no son bacterias, por lo que no poseen las estructuras ni los procesos que son objetivos de los antibióticos bacterianos (como las paredes celulares). Como los antibióticos no afectan a los virus y no pueden tratar enfermedades virales como el resfriado común, no son eficaces para tratar la gripe o el COVID-19. Solo los antivirales, un tipo de medicamento diferente y menos común, pueden tratar eficazmente las enfermedades víricas.
Tipos de antibióticos
Los antibióticos también pueden clasificarse de forma más general, según el espectro de patógenos bacterianos que pueden tratar:
- Los antibióticos de bajo espectro —como la penicilina G— solo pueden atacar y matar a unas pocas especies bacterianas, principalmente bacterias grampositivas.
- Otros, como la tetraciclina, son eficaces contra muchos tipos de bacterias (grampositivas y gramnegativas); estos se denominan antibióticos de amplio espectro.
Los términos gram-positivo y gram-negativo se refieren a la estructura de la pared celular de las bacterias.
- Las bacterias grampositivas tienen una capa externa más gruesa de peptidoglicano.
- Las gramnegativas tienen una capa mucho más fina de peptidoglicano seguida de una capa de membrana externa.
Estas diferencias son importantes porque, por ejemplo, un antibiótico específico para bacterias grampositivas no afectará de la misma manera a las bacterias gramnegativas.
Los antibióticos también suelen clasificarse según su estructura química, que también influye en su mecanismo de acción.
En la siguiente tabla presentamos algunos ejemplos de las clases de antibióticos que se reconocen (según el Centro de Control de Enfermedades, CDC por sus siglas en inglés, de los Estados Unidos):
| Antibiótico | Mecanismo de acción |
| Penicilinas (penicilina y amoxicilina) y cefalosporinas (cefalexina). | Matan a las bacterias atacando su pared celular |
| Macrólidos (eritromicina), lincosamidas (clindamicina) y tetraciclinas. | Impiden la multiplicación de las bacterias al inhibir la síntesis de proteínas. |
| Fluoroquinolonas (ciprofloxacina). | Eliminan las bacterias inhibiendo la síntesis de ADN. |
| Beta-lactámicos con actividad aumentada (combinación de penicilinas/cefalosporinas con inhibidores de beta-lactamasas). | Matan a las bacterias atacando la síntesis de la pared celular. |
| Trimetoprima-sulfametoxazol. | Se dirigen a la producción de ácido fólico bacteriano impidiendo la multiplicación de las bacterias. |
Tabla 1: Tipos de antibióticos y sus mecanismos de acción general. En paréntesis se presentan ejemplos de los tipos de antibióticos.
Así como los antibióticos se convirtieron en una herramienta doméstica para la medicina moderna en los últimos 70 años, su uso excesivo y erróneo está acelerando uno de los fenómenos más temidos por la medicina: la aparición de bacterias intratables resistentes a los antibióticos.
Resistencia a los antibióticos
Las bacterias resistentes a los antibióticos se están convirtiendo en uno de los problemas sanitarios más graves del siglo XXI, ya que están comenzando a dificultar nuestra capacidad para tratar eficazmente las enfermedades bacterianas infecciosas comunes. Desde la aparición de la penicilina en el siglo pasado, cada vez hay más bacterias resistentes a todos los antibióticos descubiertos, desarrollados y disponibles en la actualidad.
Un antibiótico funciona porque se une a una determinada molécula u estructura bacteriana. Si esa estructura cambia, debido a una mutación, ese antibiótico puede dejar de ser eficaz para atacar a esa bacteria. Otras mutaciones pueden dar lugar a proteínas que destruyen el propio antibiótico o lo hacen ineficaz, al bloquear su actividad.
La existencia de las bacterias resistentes a los antibióticos es un fenómeno que se debe a la evolución por selección natural.
¿Cómo ocurre este proceso de selección natural en el caso de la resistencia a los antibióticos? Describámoslo de forma resumida:
- En una población de bacterias hay variabilidad en los rasgos entre los individuos (principalmente debido a diferencias en su ADN, producto de las mutaciones).
- Algunas de estas bacterias tendrán variantes que las hacen más resistentes a ciertos compuestos.
- Al utilizar un antibiótico, las bacterias vulnerables serán afectadas; sin embargo, las que posean características que las hacen tolerantes al efecto del antibiótico, sobrevivirán.
- Las bacterias sobrevivientes (resistentes) se reproducirán, pasando el rasgo resistente a las bacterias hijas, en su ADN.
- En poco tiempo, la mayoría de las bacterias de la población serán resistentes al antibiótico.
Una idea equivocada muy común es que el uso del antibiótico provoca o induce la aparición de mutaciones que pueden volver a una bacteria resistente. En cambio, lo que sucede generalmente es que algunas bacterias poseen previamente genes de resistencia, como resultado de la variabilidad genética de las poblaciones; esto es lo que causa que sobrevivan al antibiótico. También, estos genes pueden aparecen por mutaciones al azar durante el tratamiento, antes de que el antibiótico afecte a la bacteria.
En general, los genes de resistencia son adquiridos por otras bacterias ya resistentes o surgen por mutaciones (que son más frecuentes en bacterias que en humanos u otros animales).
En este caso, la población de bacterias está sujeta a la presión selectiva que ejerce el antibiótico. Esto ocurre de manera natural, pero al utilizar antibióticos de forma excesiva (cuando no es necesario) o inadecuada (no terminar el tratamiento completo) se acelera el proceso de selección natural. Cuando la resistencia a un antibiótico se ha diseminado en una población de bacterias, esta población ha evolucionado.
Consulta nuestro artículo Selección natural para saber más sobre este mecanismo evolutivo.
Algunos ejemplos de cepas bacterianas que se han vuelto muy resistentes a los antibióticos y muy peligrosas son el MRSA (Staphylococcus aureus resistente a la meticilina) y Clostridium difficile.
Además, la presión selectiva de los antibióticos ejercida sobre las bacterias tiene efectos especialmente rápidos, debido a la facilidad que tienen las bacterias para reproducirse y para intercambiar material genético. La transmisión de genes de resistencia a los antibióticos entre bacterias puede producirse a través de dos mecanismos (ver Fig. 2):
- Transmisión vertical: el material genético se transmite de una generación a otra, a través de la reproducción. La célula bacteriana se divide por fisión binaria (un tipo de reproducción asexual) y transmite los genes mutados a las células hijas. Las bacterias se dividen con tanta frecuencia que pueden hacerse millones de copias en horas.
- Transmisión horizontal: el material genético (en particular los plásmidos) puede transferirse directamente entre diferentes especies de bacterias, mediante la conjugación bacteriana. Durante este proceso, dos bacterias forman una conexión que les permite copiar y transferir el material. Esto significa que un gen que confiere resistencia a un antibiótico puede aparecer en una especie y transmitirse a otra diferente.
Los plásmidos son segmentos cortos de ADN, de forma circular, que se encuentran en muchas bacterias. Estos no son parte del cromosoma bacteriano, sino que son moléculas extra de ADN.
Estrategias para evitar la resistencia a los antibióticos
Actualmente, existe presión para encontrar nuevos antibióticos antes de que se desarrolle la resistencia a los más potentes disponibles. Para abordar este problema, hay que reducir la posibilidad de que las bacterias desarrollen resistencia por completo, mediante acciones como:
- Minimizar el uso inadecuado de antibióticos; es decir, cuando no son necesarios.
- Utilizar antibióticos de espectro reducido, en lugar de los de amplio espectro.
- Reducir el uso excesivo de antibióticos en la agricultura y la ganadería.
- Garantizar que los pacientes completen su régimen de tratamiento con antibióticos, para que no haya oportunidad de que se desarrolle resistencia en las bacterias supervivientes.
Antibióticos - Puntos clave
- Los antibióticos son fármacos antibacterianos que se usan ampliamente para tratar enfermedades infecciosas bacterianas, pues se dirigen exclusivamente a la célula bacteriana y no a su organismo huésped.
- Los antibióticos bactericidas actúan matando directamente a la bacteria, al interferir con la síntesis de la membrana o de la pared celular.Los antibióticos bacteriostáticos actúan deteniendo el crecimiento y la capacidad de multiplicación de la bacteria al interferir con la replicación de su ADN y la síntesis de proteínas.
- Los antibióticos no pueden tratar las infecciones víricas, ni fúngicas, porque no pueden interferir con los procesos vitales de los virus ni de los hongos.
- El uso excesivo e inadecuado de los antibióticos ha acelerado la evolución de bacterias resistentes a ellos.
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