LABORATORIO DE URGENCIAS

El Tratamiento con Antibióticos Enciende un Fuego Prolongado.

Ivon C. Acosta, Francis AlonzoII
Departament of Microbiology and Immunology, Loyola University Chicago-Strich School of Medicine,USA

Cell Host and Microbe, July 2022, vol. 30.issue 7:897-99

Las bacterias comensales y patógenas suelen residir en entornos inhóspitos (nutricionales, físicos, inmunológicos, etc.) que suponen un reto para su supervivencia. Estos microbios aprovechan diversas características adaptativas para detectar y responder eficazmente a las señales ambientales, lo que puede promover la supervivencia en las condiciones más restrictivas.
La interacción huésped-patógeno representa un ejemplo pertinente de adaptación microbiana, donde el sistema inmunitario genera un entorno no permisivo mediante la detección de firmas microbianas conservadas mediante receptores de reconocimiento de patrones.
Mientras tanto, las bacterias patógenas escapan a la detección inmunológica y persisten en el huésped desplegando un arsenal de factores de virulencia e inmunomoduladores para interrumpir la respuesta inmunitaria y establecer un nicho permisivo para la replicación y la supervivencia.
El panorama de la supervivencia microbiana durante la infección se complica aún más por el uso de antibióticos. Varios antibióticos actúan en sinergia con el sistema inmunitario controlando la proliferación bacteriana y permitiendo que las células inmunitarias innatas, como los macrófagos y los neutrófilos, destruyan al microbio invasor. Sin embargo, durante las etapas avanzadas de la infección, el uso de antibióticos dirigidos a la síntesis de la pared celular puede aumentar la liberación de componentes de la envoltura celular bacteriana, lo que exacerba la inflamación y empeora el pronóstico.
Por lo tanto, el carácter inflamatorio de la infección está impulsado por el propio microbio y los agentes antimicrobianos utilizados para mitigar la enfermedad. La comprensión de la compleja relación entre el tratamiento antibiótico, la adaptación microbiana y las respuestas inmunológicas del huésped representa una brecha crítica en el conocimiento que disminuye el potencial de enfoques terapéuticos optimizados.
En este número de Cell Host & Microbe, Tang et al. exploraron la relación entre las adaptaciones fisiológicas de las bacterias, la administración de antibióticos y la inmunidad innata del huésped.
El estudio proporciona un ejemplo convincente de un cambio en la fisiología microbiana en respuesta al tratamiento antibiótico que impulsa la patología inflamatoria durante la infección crónica. Los autores utilizaron un cribado antibiótico para determinar si la preincubación del patógeno grampositivo Listeria monocytogenes con varias clases de antibióticos podría activar el estimulador de genes de interferón (STING) en macrófagos derivados de médula ósea murina (BMDM). STING es una proteína unida a la membrana del retículo endoplasmático que reconoce dinucleótidos cíclicos como el c-di-AMP. Se activa intensamente durante el encuentro huésped-patógeno, mediando la transcripción del interferón-β (IFN-β) y varias citocinas proinflamatorias.
Inesperadamente, los autores determinaron que el tratamiento de L. monocytogenes con inhibidores de la síntesis de tetrahidrofolato desencadenó la producción de IFN-β por BMDM. Sabiendo que esta familia de antibióticos actúa sobre la dihidrofolato reductasa (DHFR) y que la depleción de esta enzima conduce a un estado celular denominado muerte celular sin timina, un fenómeno que incluye un aumento en la producción de c-di-AMP, los autores analizaron si la inhibición de la DHFR bacteriana aumentaba la producción de IFN-β por parte de los macrófagos a través de c-di-AMP.
De hecho, el aumento de las concentraciones de inhibidores de tetrahidrofolato se correlacionó con altos niveles de producción de c-di-AMP por L. monocytogenes, mientras que la suplementación con timidina redujo la cantidad de c-di-AMP y la transcripción de ifnb-1 por BMDM infectada, lo que indica que c-di-AMP impulsa la estimulación con interferón tipo I. Basándose en varios experimentos convincentes y rigurosos, los autores demostraron que la producción bacteriana de c-di-AMP en respuesta a la inhibición de DHFR media la activación de la vía de señalización STING. El tratamiento de BMDM infectada con L. monocytogenes con inhibidores de DHFR provocó aumentos en la expresión de ifnb-1 dependientes de STING, que fueron independientes de la sintasa de GMP-AMP cíclico (cGAS), la enzima codificada por el huésped responsable de la generación del activador de STING, 2′3′-cGAMP.
La inhibición de DHFR en otros Firmicutes capaces de producir c-di-AMP, como E. faecalis y Staphylococcus aureus, también aumentó la expresión de ifnb-1 en macrófagos, mientras que la infección de macrófagos con Proteobacteria tratada con inhibidores de DHFR, que no producen c-di-AMP, no modificó la expresión de ifnb-1 en macrófagos. Por lo tanto, la alteración del metabolismo de la timidina potencia la síntesis de c-di-AMP, lo que conduce a una respuesta inflamatoria mediada por STING en múltiples Firmicutes patógenos, lo que destaca las amplias implicaciones del estudio. La selección de S. aureus para desarrollar su modelo experimental representó un cambio de dirección invaluable para el resto del estudio, impulsado por el cuadro clínico de la infección pulmonar crónica por S. aureus en individuos con fibrosis quística (FQ). El tratamiento de estas infecciones con trimetoprima-sulfametoxazol, un inhibidor de la DHFR, promueve la aparición de una subpoblación clonal de S. aureus denominada variantes de colonias pequeñas dependientes de timidina (TD-SCV). Las TD-SCV se asocian con infecciones recurrentes y crónicas, lo que resulta en hiperinflamación y destrucción tisular en el huésped. Las mutaciones en el gen de la timidilato sintasa (thyA) causan la aparición de este fenotipo durante la infección, que se caracteriza por una alta resistencia a trimetoprima-sulfametoxazol.
De hecho, los aislados clínicos de TD-SCV condujeron a un aumento de la producción de c-di-AMP e IFN-β por los macrófagos y promovieron la producción de citocinas proinflamatorias, el reclutamiento de neutrófilos y el daño tisular en las vías respiratorias de ratones infectados, lo cual se correlaciona bien con la patología inducida por la infección del pulmón con infección crónica.
En un conjunto bien diseñado de experimentos in vitro utilizando un mutante de S. aureus que contenía una deleción de thyA generada en laboratorio, los autores establecieron de manera concluyente que la activación de STING está mediada por la sobreproducción de c-di-AMP en respuesta a la deficiencia de timidina. Esta conclusión se extrajo de las siguientes líneas de evidencia: (1) la transformación de la fosfodiesterasa, PdeA, en un mutante ΔthyA sobreproductor de c-di-AMP eliminó la inducción de IFN-β al degradar c-di-AMP; (2) los niveles intracelulares de c-di-AMP se redujeron con la suplementación con timidina; y (3) la complementación del mutante ΔthyA anuló el aumento de la producción de IFN-β.
En general, este estudio destaca la relevancia de la hiperinflamación en la patobiología de las infecciones crónicas. Durante una respuesta inflamatoria mal calibrada, en este caso provocada por TD-SCV, el resultado de la infección cambia drásticamente, lo que provoca un aumento desproporcionado del daño tisular y un estado de enfermedad crónica. Este estudio, que integra múltiples parámetros relacionados con la infección, como la fisiología microbiana, la inmunidad innata y el fracaso del tratamiento antibiótico, tiene el potencial de contribuir a la futura implementación de nuevos enfoques para mitigar el fracaso terapéutico y la patología de la enfermedad durante la infección crónica. Las implicaciones son amplias y podrían extenderse a la investigación de otros Firmicutes patógenos. Algunas áreas de investigación inmediata y futura incluyen:
(1) un estudio en profundidad del mecanismo de producción de c-di-AMP en respuesta a la privación de timidina.
(2) la investigación de las similitudes y diferencias con la acumulación de c-di-AMP mediada por β-lactámicos.
(3) Exploración del impacto de la inducción de c-di-AMP mediada por antibióticos en diversos modelos de infección aguda y crónica.