Cuando se trata de luchar contra microbios dañinos, las hormigas cortadoras de hojas enfrentan desafíos abrumadores. Deben protegerse no solo a sí mismos, sino también a los jardines de hongos que cultivan para alimentarse en las cámaras de sus nidos. Las hormigas viven en colonias con millones de parientes cercanos y no practican el distanciamiento social, por lo que es fácil que las enfermedades pasen de hormiga a hormiga. Y a diferencia de los humanos, los insectos no tienen un sistema inmunológico adaptativo que pueda aprender a reconocer y atacar a nuevos invasores.
Para empeorar las cosas, las reinas cortadoras de hojas no comienzan a producir descendencia fértil hasta que tienen varios años, lo que significa que hay mucho tiempo entre generaciones. Por el contrario, muchos microbios pueden reproducirse en cuestión de minutos. En teoría, eso podría hacer casi imposible que las hormigas cortadoras de hojas desarrollen nuevas toxinas defensivas tan rápido como sus enemigos desarrollan resistencia a esas toxinas.
Introduzca los aliados de las hormigas: bacterias amigas
Algunos tipos de hormigas cortadoras de hojas tienen cavidades especializadas en la superficie de sus cuerpos donde albergan un tipo de bacteria llamada Pseudonocardia. Las hormigas incluso secretan sustancias ricas en nutrientes para que las bacterias las coman. A su vez, las bacterias producen una variedad de toxinas que ayudan a las hormigas a defender sus cultivos de hongos de otros tipos de hongos.
Las toxinas producidas por las bacterias simbióticas trabajan en conjunto con las toxinas antifúngicas producidas por las propias hormigas. Por lo tanto, incluso si un posible atacante desarrolla resistencia a un tipo de toxina, es probable que las otras toxinas aún eviten que invada el nido y dañe el suministro de alimentos.
La mezcla siempre cambiante de toxinas probablemente crea un desafío extremadamente difícil para el parásito, dijo Steve Kett, biólogo evolutivo de la Universidad Middlesex de Londres. «No puede seguir el ritmo».
En un artículo publicado esta semana en la revista Proceedings of the Royal Society B, Kett y sus colegas describen cómo creen que ciertos insectos usan bacterias para evitar el problema de la resistencia a los antibióticos y antimicóticos. Es el mismo problema que afecta a los médicos y desarrolladores de medicamentos, dando lugar a infecciones que son difíciles o imposibles de curar, pero los insectos aparentemente lo han estado resolviendo durante decenas de millones de años.
Socios bacterianos
Es fácil imaginar cómo los insectos podrían beneficiarse de las bacterias que producen compuestos antimicrobianos. La nueva investigación se centró en los antifúngicos, pero los mismos principios deberían aplicarse a los antibióticos que matan cepas dañinas de bacterias, según Massimiliano Marvasi, microbiólogo de la Universidad de Florencia en Italia y uno de los autores del artículo. Los estudios de laboratorio con medicamentos antibióticos sugieren que cuando los antibióticos se usan en combinación en lugar de individualmente, es más difícil que las bacterias desarrollen resistencia. Esto es especialmente cierto cuando los antibióticos actúan a través de diferentes mecanismos, según Marvasi.
Los antifúngicos producidos por las hormigas cortadoras de hojas son de hecho muy diferentes de los producidos por sus bacterias simbióticas. Eso significa que, juntas, las hormigas y las bacterias crean una mezcla antimicrobiana diversa que bien puede bloquear a los microbios enemigos.
Además, es probable que los antimicrobianos producidos por las bacterias siempre estén cambiando, creando un objetivo móvil para los parásitos. Además de tener un período de tiempo más corto entre generaciones, las bacterias pueden intercambiar genes entre sí, incluso con bacterias con las que no están estrechamente relacionadas. Un recambio más rápido debería conducir a mutaciones frecuentes que alteren las toxinas antimicrobianas de las bacterias, mientras que la capacidad de intercambiar genes debería permitir que dichas mutaciones se propaguen rápidamente.
Pero, ¿es así realmente como se desarrollan las cosas en la naturaleza? Es demasiado pronto para estar seguro. El nuevo artículo presenta una hipótesis que aún debe probarse, según los investigadores.
Investigaciones y evidencias
La evidencia más sólida hasta ahora proviene de las hormigas cortadoras de hojas, donde estudios anteriores han demostrado que las bacterias simbióticas Pseudonocardia son importantes para proteger el suministro de alimento fúngico de las hormigas. Los investigadores incluso han descubierto que cuando un hongo parásito invade un hormiguero, el parásito aumenta su producción de compuestos que atacan a la bacteria Pseudonocardia, lo que sugiere que el parásito y la bacteria se encuentran en medio de una larga carrera armamentista evolutiva.
Aunque los insectos que son sociales y longevos pueden tener una mayor necesidad de bacterias productoras de antimicrobianos, estas asociaciones también pueden beneficiar a otros insectos. Por ejemplo, un grupo de avispas cazadoras de abejas solitarias llamadas abejas lobos albergan bacterias especializadas en sus antenas que producen compuestos antifúngicos, dijo Michael Poulsen, biólogo evolutivo de la Universidad de Copenhague en Dinamarca, quien trabajó en muchos de los estudios que construyó el nuevo artículo en: Las avispas madres untan las bacterias en el techo de la cavidad donde ponen sus huevos. Cuando los investigadores privaron experimentalmente de esas bacterias a las larvas de abejorro, casi todas las larvas murieron.
También se han encontrado bacterias que producen toxinas antimicrobianas en o sobre los cuerpos de muchos otros tipos de insectos, incluidas las termitas que cultivan hongos y las avispas solitarias del barro. Poulsen señaló que, en la mayoría de los casos, no está claro para qué sirven estas toxinas antimicrobianas. Las toxinas podrían estar ayudando a los insectos al matar cosas que podrían enfermarlos o comprometer su suministro de alimentos. Por otro lado, las toxinas podrían estar ayudando a las bacterias a mantener una fuerte autodefensa.
Poulsen dijo que estaba de acuerdo con los principales argumentos del documento, aunque deseaba que hubiera desarrollado modelos más detallados y explorado sus implicaciones más profundas.
«Creo que tienen razón en que las combinaciones de compuestos son clave para prevenir la evolución de la resistencia», escribió en un correo electrónico.
¿Estrategias de hormigas en la clínica?
Si los insectos realmente han resuelto el problema de la resistencia a los antimicrobianos combinando sus propios compuestos defensivos con los de las bacterias, el campo de la medicina humana debería tomar nota. Los científicos demostraron por primera vez cómo las combinaciones de antibióticos pueden prevenir la resistencia en la década de 1950, pero esa investigación se ignoró en gran medida hasta hace poco, y el uso de combinaciones de medicamentos para prevenir la resistencia aún no se ha convertido en atención médica de manera sistemática, dijo Viktoria Lazar bióloga molecular que estudia la resistencia a los antibióticos en Technion – Instituto de Tecnología de Israel, que no participó en el nuevo artículo.
En los últimos años ha habido un resurgimiento del trabajo sobre cómo recetar antibióticos para evitar la resistencia, señaló Lazar. Puede que no siempre sea ideal prescribir varios fármacos antimicrobianos al mismo tiempo, ya que las mezclas de fármacos pueden tener efectos secundarios más extremos para los pacientes. Pero los investigadores están investigando regímenes en los que los medicamentos se usarían uno tras otro: primero el medicamento A, luego el medicamento B, luego el A y así sucesivamente.
El tema es urgente. Siguen surgiendo microbios resistentes a los fármacos, mientras que el ritmo del descubrimiento de nuevos fármacos antimicrobianos se ha ralentizado.
«Estamos tratando de ver si podemos traducir lo que sucede en la naturaleza, cómo los insectos usan antibióticos, antifúngicos, a nuestro propósito», dijo Marvasi. «Necesitamos aprender a usar mejor lo que tenemos».
Fuente: insidescience.org