Inhibición de los mecanismos de permeabilidad y bombeo

Uno de los mayores problemas para el tratamiento de las infecciones producidas por ciertas familias de bacterias es su baja sensibilidad intrínseca a distintos antibióticos. Estos grados de resistencia alcanzan dimensiones especialmente alarmantes en el caso de patógenos oportunistas, como Pseudomonas y otros géneros bacterianos filogenéticamente cercanos, que son causa de un elevado porcentaje de las infecciones hospitalarias (1). La alta resistencia intrínseca se ha atribuido tradicionalmente a un problema de permeabilidad, especialmente en las bacterias gramnegativas porque su membrana externa constituye una barrera física que retarda los mecanismos de difusión (2). Sin embargo, la explicación no es tan sencilla y han de existir mecanismos adicionales, ya que el efecto barrera de la membrana externa por sí solo no es suficiente para impedir que se alcance el equilibrio, únicamente lo retrasa en el tiempo (2, 3). Fue a finales de los años 1980 cuando se describió por primera vez la existencia de sistemas capaces de expulsar de un modo activo los antibióticos hacia el exterior de las bacterias (2), pero desde mediados de la presente década se viene caracterizando un número cada vez mayor de ellos (4).

En términos generales, el sistema descrito en las bacterias grampositivas consta de una única proteína situada en la membrana que expulsa los fármacos del interior celular, bien acoplada al potencial de membrana (5), bien mediante la energía obtenida por hidrólisis de ATP (6). Funcionalmente este tipo de sistemas de bombeo tiene como limitación la especificidad de sustrato, pues para garantizar su eficiencia es indispensable que la velocidad de ingreso del fármaco no supere en ningún momento la de su expulsión (3).

Los sistemas de bombeo que con mayor frecuencia se caracterizan en bacterias gramnegativas están acoplados al potencial de membrana y compuestos por tres unidades proteicas: una transportadora (integrada en la membrana citoplasmática), una porina (situada en la membrana externa) y una tercera proteína que actúa como nexo de unión entre las dos anteriores (2). En este caso, la presencia de la membrana externa evita la limitación funcional antes descrita, permitiendo en consecuencia la expulsión de muy diversos sustratos por el mismo sistema. De ahí el nombre de Multi- Drug-Resistance (MDR) systems (3, 5).

Por otra parte, es interesante el hecho de que sistemas de transporte similares, tanto funcional como estructuralmente, a los identificados en procariotas se encuentren también en células de tipo neoplásico resistentes a la terapia antitumoral (6, 7). De hecho, se ha descrito que el transportador LmrA, producido por Lactococcus lactis, que media la resistencia a compuestos anfifílicos por un mecanismo de bombeo, es funcionalmente intercambiable con la glucoproteína P humana (8), que está implicada en situaciones de multirresistencia a fármacos anticancerígenos (7).

Una característica llamativa de estos sistemas de bombeo es su ubicuidad. Hay sistemas que sólo están presentes en algunas cepas de una especie bacteriana, pero la gran mayoría se encuentran en el genoma de todos los individuos pertenecientes a dicha especie (9). En nuestro laboratorio hemos demostrado que los tres sistemas de bombeo descritos hasta el momento en Pseudomonas aeruginosa están presentes tanto en cepas de origen clínico como en cepas del medio ambiente (datos no publicados). Asimismo, hemos demostrado la existencia de sistemas MDR inducibles por metales pesados en enterobacterias del medio ambiente (10). Esto da idea de que los sistemas de bombeo son ubicuos y, de hecho, el análisis de secuencias completas de microorganismos indica su presencia en los cromosomas de todas las bacterias caracterizadas (9). Como corolario a esta situación podemos suponer que los sistemas MDR no han surgido como un mecanismo de defensa frente al uso, más o menos indiscriminado, de antibióticos, y que posiblemente estén implicados en la resistencia frente a tóxicos presentes de modo habitual en el medio ambiente. Estos tóxicos pueden ser compuestos producidos por las plantas o por microorganismos del suelo, del tipo de los polifenoles u otros compuestos aromáticos, dado que se ha descrito que la adquisición de multirresistencia frecuentemente va acompañada de resistencia a los solventes orgánicos (4, 11), incluyendo compuestos tan agresivos como por ejemplo el tolueno (12).

En condiciones normales estos sistemas se encuentran reprimidos, pero bajo ciertas condiciones de estrés microbiano su síntesis puede activarse, originando fenotipos de resistencia a antibióticos no detectables mediante técnicas habituales de análisis en el laboratorio (13). En este sentido, se ha descrito que los sistemas MDR de P. aeruginosa son inducibles por salicilato (14) y, como indicamos anteriormente, en nuestro laboratorio hemos demostrado la existencia de sistemas MDR inducibles por metales pesados en enterobacterias del medio ambiente (10).

Teniendo en cuenta la infinidad de factores estresantes que concurren en el punto de infección, desconocemos si los sistemas MDR pueden estar o no desreprimidos, y por tanto producir un fenotipo de resistencia en ciertas condiciones (tratamiento, localización de la infección). Estos fenómenos de resistencia fenotípica en el punto de la infección no serían detectables mediante las técnicas habituales de análisis en el laboratorio (13), y podrían contribuir a explicar la razón de algunos fallos terapéuticos para los cuales no tenemos explicación en este momento.

Además de la inducción fenotípica de los mecanismos MDR, debemos tener en cuenta que es fácil seleccionar mutantes constitutivas que expresen constantemente estos sistemas. De hecho, la única diferencia entre cepas MDR resistentes y sensibles consiste en que en las primeras el sistema MDR se expresa de modo constitutivo como consecuencia de mutaciones en sus elementos reguladores (15, 16).

El hecho de que los sistemas MDR sean ubicuos e intervengan en el bombeo de numerosos antibióticos los convierte en blancos ideales para la búsqueda de nuevos inhibidores bacterianos, que hagan que las bacterias que portan estos sistemas sean más sensibles a los antibióticos actualmente existentes en el repertorio clínico. En este sentido, se ha demostrado que la inactivación de dichos sistemas en mutantes de Escherichia coli (17), Staphylococcus aureus (18), Haemophilus influenzae (19) y P. aeruginosa (20) produce un descenso en las CMI de distintos antibióticos. Estos datos ponen de manifiesto el posible interés terapéutico que los inhibidores de sistemas MDR pueden tener, no sólo para el tratamiento de la infección sino también para evitar la emergencia de mutantes resistentes que requieran una doble mutación para producir su fenotipo. Se ha descrito que el tratamiento con reserpina, un inhibidor de los sistemas de bombeo en las bacterias grampositivas, disminuye la frecuencia de emergencia de mutantes resistentes a las quinolonas en dichas bacterias (21). Por otra parte, se ha visto que en la mayoría de los aislamientos clínicos la resistencia a las quinolonas está asociada a la presencia de mutaciones en topoisomerasas conjuntamente con una sobreexpresión de sistemas MDR, lo cual indica que probablemente son necesarias ambas mutaciones para dar lugar a una resistencia de relevancia clínica (22).

De todo lo expuesto se puede inferir que una parte importante del futuro de la antibioterapia está en la búsqueda de agentes inhibidores de estos sistemas MDR. Hay compañías que están trabajando activamente en este aspecto, pero por el momento no existen inhibidores con aplicaciones terapéuticas. Algunas de las posibles opciones para su diseño serían las siguientes:

- Inhibidores de la fuente de energía requerida para el funcionamiento de los sistemas MDR: existen agentes desacoplantes del potencial de membrana (carbonilcianuro de m-clorofenilhidrazona) o inhibidores de la actividad ATPasa (reserpina) que se están utilizando en el laboratorio para caracterizar los sistemas MDR, pero su alta toxicidad impide que sean adecuados para uso terapéutico.
- Inhibidores directos de las bombas: serían moléculas que interaccionarían con las bombas, inactivándolas de un modo semejante a como operan los inhibidores de betalactamasas. Nuestro grupo ha obtenido anticuerpos específicos contra un sistema de bombeo de Stenotrophomonas maltophilia, cuyo uso permite disminuir los valores de CMI de distintos antibióticos (A.A. y J.L.M., datos no publicados).
- Inhibidores de los sistemas reguladores de la expresión de las bombas: la expresión de los sistemas MDR tiene una regulación compleja y poco conocida. Se sabe, por ejemplo, que en algunos casos su expresión se activa por salicilato (metabolito intermediario tanto de la degradación de naftalenos como del ácido acetilsalicílico). La utilización de análogos estructurales capaces de unirse al activador de modo irreversible, pero impidiendo que actúe como tal activador, podrían ser de utilidad para la inhibición de los sistemas MDR.
- Tensoactivos: Tween 20, Tween 80 y Acacia. Pese a que no se ha establecido totalmente su mecanismo de acción, se han mostrado eficaces como inhibidores de los sistemas MDR de las células neoplásicas del adenocarcinoma de colon humano a concentraciones del orden de 1000 a 30.000 veces menores que las utilizadas en las preparaciones farmacéuticas como excipiente (23). Si bien desconocemos la implicación de estas sustancias en los sistemas MDR de los procariotas, este tipo de agentes, que posiblemente interaccionen con la parte lipídica de la membrana celular, así como otros cuyo blanco de actuación sea dicha membrana, podrían ser eficaces inhibidores de los sistemas de bombeo de antibióticos en las bacterias

Como resumen cabe destacar que el desarrollo de inhibidores de los sistemas MDR prodría contribuir de modo muy significativo a mejorar la actividad de los antibióticos que se utilizan en la actualidad. Puesto que los sistemas MDR tienen una funcionalidad, que no conocemos, distinta de la resistencia a los antibióticos, y son ubicuos, podrían ser un blanco directo de actividad antibacteriana, de modo que los inhibidores de los sistemas MDR podrían incluso tener una actividad antibacteriana directa.

Dada la analogía funcional existente entre algunos sistemas MDR de procariotas y las proteínas implicadas en la resistencia a los agentes antineoplásicos, es posible que alguno de estos inhibidores pudiera ser también útil para resolver problemas de resistencias, desgraciadamente no infrecuentes en enfermos de cáncer con protocolos largos de quimioterapia.

AGRADECIMIENTOS

Agradecemos a los organizadores de la reunión anual de la Sociedad Española de Quimioterapia de 1998 el invitarnos a presentar nuestros resultados en dicho foro. Los datos no publicados de nuestro grupo que se comentan en esta revisión provienen del estudio financiado en parte por el proyecto 08.2/022/98 de la Comunidad Autónoma de Madrid. Queremos agradecer el apoyo técnico de E. Campanario en dicho proyecto. P. Sánchez disfruta de una beca de formación del personal investigador del Ministerio de Educación y Cultura; A. Alonso es becaria predoctoral de formación del personal investigador del Gobierno Vasco.

BIBLIOGRAFÍA

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