La genética de las bacterias y los antibióticos

La llegada de los antibióticos presentó un gran avance en el mundo médico, pero conllevó la creación de otra problemática, el resistoma, que se refiere al conjunto de genes que otorgan a las bacterias la capacidad de poder resistir los efectos de estos medicamentos. Esto resulta cada vez más peligroso, puesto que estiman que en 2050 la resistencia a antibióticos podría provocar cerca de 10 millones de muertes al año. Una nueva investigación liderada la Universidad de León (ULE) analiza qué genes que contribuyen a esta resistencia se encuentran en la cadena de producción alimentaria, demostrando que más del 70% de estos genes se pueden encontrar en los alimentos y los ambientes donde se procesan.

Hasta ahora se sabía que la cadena alimentaria puede servir como vía de transmisión de estas bacterias resistentes a los antibióticos, pero ningún estudio había alcanzado tanto detalle como el proyecto MASTER (Microbiome Applications for Sustainable food systems through Technologies and EnteRprise) centrado en el estudio y uso de microbiomas dentro de este sector, concretamente, en el desarrollo de productos y servicios basados en microbiomas para «mejorar la calidad y seguridad alimentaria».

Investigadores del grupo NEWTEC (Nuevas Tecnologías de Conservación de los Alimentos y Seguridad Alimentaria) de la ULE han participado en este estudio coordinado por los profesores Avelino Álvarez Ordóñez y José Francisco Cobo Díaz, del área de Tecnología de los Alimentos. La investigación nace de la «ingente» cantidad de información de secuenciación, con casi 2000 muestras de alimentos y ambientes de industria alimentaria, que generaron en su trabajo como parte del proyecto europeo. Gracias a esto se plantearon usar las muestras que habían tomado desde las materias primas hasta la obtención del producto final para estudiar si esta presencia de genes que causan resistencia a los antibióticos en alimentos «se debe más a las propias materias primas o al ambiente donde se producen dichos alimentos», apunta Cobo Díaz.

«Hay numerosos estudios previos en los que se detectaron aislados bacterianos de origen alimentario que portaban genes de resistencia a antibióticos. El aspecto más innovador de nuestra investigación es que, en vez de centrarnos en organismos aislados -normalmente aquellos que son patógenos de humanos-, lo que hicimos es buscar dichos genes en el conjunto de microorganismos totales, o microbioma, empleando técnicas de secuenciación masiva, más concretamente la secuenciación directa del conjunto de genomas presentes en una muestra, conocido como metagenomas». Decidieron centrarse en estos genes por «su importancia a nivel global», puesto que «existen estimaciones de que para el año 2050 la resistencia a antibióticos provocará 10 millones de muertes al año, lo cual se consideraba la pandemia del siglo XXI hasta la aparición del COVID».

«Normalmente, la gente asocia la presencia de la resistencia a antibióticos a ambientes hospitalarios debido al uso de estos medicamentos, pero realmente dichos genes provienen de más atrás, ya que existen en alimentos, ambientes acuáticos, suelos agrícolas y forestales, en el microbioma de animales de granja e incluso en animales salvajes». Es por ello que el investigador considera que se debe enfocar este problema desde una perspectiva ‘One-Health’, puesto que la presencia de estas resistencias en el ser humano está correlacionada con el ambiente y la alimentación, entre otros factores.

Mediante técnicas de secuenciación metagenómica han analizado cerca de 2.000 muestras procedentes de materias primas y alimentos, así como de superficies y ambientes industriales de más de 100 empresas europeas de múltiples cadenas alimentarias, incluyendo suelo de cultivo, rumen de ganado, alimentos de origen marino, vegetal, carne, cerveza, frutas y verduras, y alimentos fermentados. Entre estas entidades se encuentran más de 50 ubicadas en la provincia de León y en el Principado de Asturias.

Este trabajo ha sido posible mediante la minería de datos microbianos relacionados con la cadena alimentaria, el desarrollo de herramientas de gestión de big data que permitiera identificar interrelaciones entre microbiomas a lo largo de las cadenas alimentarias, así como la generación de aplicaciones «que promuevan la sostenibilidad, la circularidad y contribuyan a la gestión de residuos y la mitigación del cambio climático».

Tras la selección de las industrias alimentarias a muestrear pasaron a la toma de muestras, un proceso que «se alargó mucho por incompatibilidad con el confinamiento y demás limitaciones de actuación durante el año 2020», ejercicio en el que comenzó el proyecto. Una vez contaban con esta base de datos pasaron al procesamiento de dichas muestras en el laboratorio para realizar la extracción de ADN y mandarlo a secuenciar a una empresa externa. Este último proceso de análisis de los datos es el que más tiempo les ha llevado «debido a la complejidad de los datos y la gran cantidad de muestras».

Para realizar este proceso han contado con la colaboración del Instituto de Productos Lácteos de Asturias (IPLA-CSIC), las universidades de Nápoles Federico II y Trento de Italia, la Universidad de Viena de Austria, y los centros de investigación agroalimentaria Teagasc de Irlanda y Matis de Islandia. Junto a ellos el equipo de León ha participado activamente en el procesamiento de datos, filtrado de información y elaboración de análisis de datos y su organización. Adicionalmente, han sido los encargados del desarrollo del protocolo estandarizado de la toma de muestras.

Así han podido ver que más del 70% de los genes conocidos de resistencia a los antibióticos se encuentran en la cadena de producción alimentaria, aunque solo una parte de ellos es prevalente. Especialmente destacan aquellos que conllevan la resistencia a tetraciclinas, betalactámicos, aminoglucósidos y macrólidos, grupos clave en el tratamiento de infecciones humanas y animales. Adicionalmente, han identificado algunas de las principales bacterias que portan este tipo de genes, las cuales pertenecen principalmente al grupo ESKAPEE conocido por su papel en «in-fecciones hospitalarias difíciles de tratar».

Dado el análisis que han realizado de las materias primas y los productos finales el estudio también aporta pruebas acerca de cómo afectan ciertos procesos industriales y condiciones de fabricación a la presencia y trans-misión de estos genes. Así, estas evidencias abren la puerta a diseñar estrategias en la producción alimentaria en cuanto al uso de antibióticos para tratar de frenar el avance del resistoma.