Con modelos matemáticos y experimentos biológicos indagan la resistencia bacteriana a los antibióticos. En el Centro de Ciencias Genómicas (CCG) de la Universidad Nacional Autónoma de México, el investigador Rafael Peña Miller estudia cómo y en qué zonas del genoma de los microorganismos ocurren mutaciones que les ayudan a contender con los fármacos. También busca estrategias para hacer más eficientes los antibióticos.

La resistencia bacteriana a los antibióticos puede abordarse desde los aspectos clínicos, mediante la medicina; desde el descubrimiento de nuevos fármacos, con química y farmacología, y desde la biología experimental, en la que trabajamos, señaló.

Esa área se enfoca a cultivar y hacer crecer en el laboratorio poblaciones que se someten a diferentes condiciones ambientales, por ejemplo antibióticos, para estudiar cómo se adaptan al medioambiente.

Con un enfoque interdisciplinario que combina biología experimental (cultivo de microorganismos en condiciones controladas) y modelación matemática (que integra variables en un modelo teórico y hace simulaciones computacionales), se logra una sinergia que ayuda a predecir y cotejar ambos resultados.

Contamos con un registro fósil, pues tras cada día que tenemos a las bacterias en un ambiente de antibióticos las metemos al congelador. Así podemos regresar a cualquier etapa del proceso y usar herramientas cuantitativas como la secuenciación genómica para saber qué pasó, relató Peña Miller.

Las consecuencias de la aplicación de un antibiótico se analizan al estudiar las variaciones en el encendido y apagado de ciertas zonas del genoma de la bacteria, y también al investigar el efecto que tienen estos cambios genéticos a nivel de poblaciones.

Necesitamos entender cómo se adaptan a un cambio ambiental y descubrir, a nivel metabólico y genético, qué mutaciones adquieren para sobrevivir a esas condiciones. Si encontramos cómo se adecúan a un antibiótico, podremos explotar esa debilidad. Queremos identificar en qué circunstancias les es nocivo estar expuestas a una sustancia distinta a aquella a la que han evolucionado resistencia.

Pretendemos integrar toda esa información a nivel molecular y genético para saber qué sucede entre las poblaciones bacterianas y así tratar de minimizar la evolución de las bacterias resistentes. Para esto, la biología de sistemas es una herramienta muy útil, porque permite trabajar entre distintas escalas de complejidad. Con este enfoque es posible incluir información genética y molecular desde una sola célula e intentar predecir cómo, a través del medio ambiente, interactúa con células distintas, detalló.

En la parte experimental, Peña Miller y sus colaboradores emplean un millón de bacterias que se reproducen hasta mil millones en 150 microlitros de medio de cultivo en 24 horas. Sus modelos son Escherichia coli, Salmonella y Estafilococos aureus, cuyos genomas ya están descritos.

Al principio y al final del proceso los expertos hacen una secuenciación para comparar los genomas e identificar dónde sucedieron los cambios y los genes que tuvieron mutaciones.

Aún es pronto para dar información a los médicos clínicos. Colaboramos con el Instituto Nacional de Salud Pública, pero es un problema complejo, aun en laboratorio, y diseñar estrategias óptimas en pacientes rebasa nuestro análisis, concluyó.