Publicado En: Septiembre de 2019

Escrito por: Conan Y. Zhao, estudiante graduado de Biociencias Cuantitativas, Georgia Tech, y Sam P. Brown, PhD, Profesor Asociado, Georgia Tech, y Alison Laufer Halpin, PhD, Directora Asociada, Oficina de Innovación e Integración Científica, CDC

Los proveedores de atención médica pueden enfrentar dos crisis crecientes que afectan su capacidad para tratar infecciones bacterianas: resistencia a los antibióticos e infecciones crónicas (de larga duración).

Una combinación difícil para los proveedores de atención médica y los pacientes son las infecciones crónicas causadas por gérmenes resistentes a los antibióticos.

A través de un proyecto con los CDC, el Laboratorio Brown de Georgia Tech desarrolló nuevos enfoques para estudiar los microbiomas pulmonares de pacientes con fibrosis quística (FQ), que a menudo contraen infecciones crónicas. Este trabajo ayudará a mejorar los tratamientos para estos pacientes.

Las infecciones crónicas son enfermedades persistentes que deben tratarse durante mucho tiempo antes de que desaparezca la infección.

Los pacientes con fibrosis quística (FQ) tienen un riesgo particular de infecciones crónicas. Una de las características de la FQ es la acumulación de una capa gruesa de moco que recubre el interior de los pulmones, llamada esputo. Muchos tipos de bacterias comensales (que no causan enfermedades) y dañinas pueden sobrevivir en este entorno, poniendo continuamente a los pacientes con FQ en riesgo de infecciones pulmonares. Debido a estas infecciones, los pacientes con FQ están expuestos a más antibióticos.

Evaluación del Microbioma pulmonar

El microbioma es una comunidad de gérmenes naturales. Los antibióticos pueden alterar (desequilibrar) los microbiomas al cambiar la composición natural de las bacterias comensales y dañinas. Con un microbioma alterado, las bacterias resistentes a los antibióticos que causan enfermedades pueden tomar el control y causar infecciones.

Varios estudios han encontrado conexiones entre la estructura del microbioma pulmonar y la función pulmonar (es decir, qué tan bien funcionan los pulmones). Por ejemplo, la presencia de gérmenes patógenos (causantes de enfermedades) se asocia con una peor salud.

Estos estudios sugieren el papel central que los gérmenes no patógenos (que no causan enfermedades) pueden tener para ayudar a mantener la función pulmonar. Sin embargo, todavía tienen que responder si estos gérmenes, en su mayoría gérmenes orales comensales en la boca, la nariz o la garganta, son indicadores de una mejor salud o ayudan activamente a mantener a raya a los gérmenes patógenos en el ecosistema del microbioma pulmonar.

Para abordar esta pregunta clave, el Laboratorio Brown construyó un modelo experimental icono externo del microbioma de la infección pulmonar por FQ. Una receta de «esputo sintético» imita el esputo que se encuentra en los pulmones de los pacientes con FQ. El laboratorio agrega combinaciones definidas de hasta 12 especies bacterianas al modelo.

Juntas, estas 12 especies bacterianas representan más del 90% de la comunidad bacteriana dentro de los pulmones de las personas con FQ. La mitad de estos gérmenes son gérmenes patógenos comunes (causantes de enfermedades) (por ejemplo, Staphylococcus aureus, Pseudomonas aeruginosa). El resto de las bacterias son en su mayoría gérmenes orales no patógenos que a menudo se encuentran en los pulmones de las personas con FQ.

Los resultados del modelo apoyan la idea de que gérmenes orales específicos son capaces de retardar el crecimiento de gérmenes causantes de enfermedades dentro del pulmón de la FQ. Sin embargo, cuando agregamos antibióticos que se usan comúnmente para tratar a pacientes con FQ, estos gérmenes orales «protectores» se eliminan rápidamente. Esto permite que los gérmenes causantes de enfermedades existentes que son resistentes a los antibióticos crezcan, se adueñen y causen enfermedades.

Personalizar los tratamientos

Mejorar la prescripción y el uso de antibióticos es fundamental para tratar eficazmente las infecciones, proteger a los pacientes de los daños causados por el uso innecesario de antibióticos y combatir la resistencia a los antibióticos.

Utilizando datos de microbioma y modelos matemáticos del microbioma pulmonar de FQ, el Laboratorio Brown está aprendiendo más sobre cómo cada especie bacteriana se afecta entre sí y su capacidad para resistir los antibióticos. Armado con esta información, el laboratorio está haciendo predicciones y probándolas con el objetivo de mejorar la selección de antibióticos y los tratamientos.

A partir de ahí, el laboratorio puede desarrollar nuevas estrategias de tratamiento personalizadas que combinan antibióticos y, potencialmente, probióticos (bacterias vivas que no causan enfermedades y que generalmente se reconocen como seguras ) que se adaptan al perfil de infección y microbioma del individuo.