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25 de Febrero de 2021
Biología

Se desvela el mecanismo por el que ciertas bacterias inofensivas pueden convertirse en patógenas en pollos

Bacterias E. coli inofensivas en el tubo digestivo de estas aves pueden convertirse en dañinas mediante transferencia horizontal de genes entre ellas.

[iStock/ClaudioVentrella]

Más del 75 % de las enfermedades infecciosas emergentes en humanos es de origen animal. La COVID-19 es el mayor y más reciente ejemplo de este tipo de enfermedades originadas por agentes infecciosos con la habilidad para saltar entre especies animales. Aunque contamos con muchos datos sobre lo que ocurre cuando estas infecciones llegan a las personas, la evolución de virus, bacterias y otros microorganismos en especies animales como cerdos, murciélagos y pollos antes de que den el salto a humanos es una cuestión que presenta muchas más incógnitas.

Conocer con mayor profundidad qué ocurre en animales con la capacidad de transmitir agentes patógenos al ser humano podría resultar útil para prevenir potenciales enfermedades emergentes en el futuro. Este es precisamente uno de los objetivos de la estrategia global One Health, que cuenta con el respaldo de autoridades sanitarias como la OMS. Esta iniciativa busca reforzar la coordinación y el trabajo conjunto de los profesionales en ámbitos interrelacionados como la salud humana, la salud animal, la salud ambiental y la seguridad alimentaria.

En ese sentido, un equipo internacional de científicos de diferentes especialidades mostraron el 3 de febrero en la revista Nature Communications cómo la bacteria Escherichia coli (E. coli), en principio inofensiva, es capaz de evolucionar y convertirse en patógena en pollos con el paso del tiempo. Este microorganismo está muy extendido por el mundo  y se encuentra en el aparato digestivo de multitud de animales, incluyendo también a los seres humanos. La gran mayoría de cepas de E. coli son totalmente inofensivas en dicho lugar. Sin embargo, algunas de ellas pueden causar diarreas leves y otras (como la E. coli enterohemorrágica) pueden producir toxinas muy peligrosas y desencadenar dolencias más graves que van más allá de las diarreas, como hemorragias, vómitos, destrucción de glóbulos rojos y lesiones en los riñones.

En la actualidad, hay más de 26 mil millones de pollos alrededor del mundo, lo que supone el 70 % de toda la biomasa de aves en la Tierra. Que agentes patógenos peligrosos salten de estos animales a humanos es un riesgo biológico que considerar con seriedad, teniendo en cuenta la gran presencia de esta ave en el mundo y el contacto cercano que tiene con las personas. Una de las enfermedades infecciosas bacterianas que aparecen de forma más frecuente en estos animales de granja es la colibacilosis, provocada por E. coli patógenas. En ocasiones, cepas especialmente letales de esta bacteria pueden provocar la muerte del 20 % de los pollos e importantes pérdidas económicas en el sector avícola. El aumento progresivo de las resistencias a antibióticos y la posibilidad de que algunas cepas de E. coli procedentes de pollos puedan causar enfermedades infecciosas en humanos señalan la importancia de controlar y vigilar a estos microorganismos para velar tanto por la salud animal como por la humana.

Para averiguar de qué manera cepas inofensivas de E. coli podían convertirse en patógenas en pollos, los investigadores realizaron un estudio de asociación del genoma completo. A grandes rasgos, este enfoque consistía en estudiar variaciones genéticas concretas y su asociación con infecciones en estas aves. Con este objetivo en mente, seleccionaron y analizaron 568 genomas completos de E. coli procedentes de granjas de pollos, tanto de pollo sanos como de aquellos que sufrían infecciones en varios lugares de su cuerpo.

Los científicos encontraron que no había variaciones decisivas en un solo gen que determinasen que las bacterias pasasen de ser inofensivas a dañinas. En su lugar, este fenómeno se debía a la acumulación de múltiples variaciones en un grupo diverso de 143 genes con funciones muy diferentes en el metabolismo, en la resistencia a antibióticos, en la toxicidad, en la síntesis de lipopolisacáridos... Estos cambios genéticos se producían sobre todo por transferencia horizontal de genes, un proceso  muy habitual en bacterias y que puede ocurrir de diferentes maneras: mediante virus que infectan a bacterias (llamados bacteriófagos) y que pueden transportar material genético entre ellas,  por adquisición de material genético a partir de bacterias muertas o a partir del intercambio directo de hebras de ADN entre bacterias vivas (conjugación bacteriana, una forma de reproducción de las bacterias).

Las bacterias E. coli en el tracto gastrointestinal de los pollos tenían muchas oportunidades de sufrir cambios genéticos y que, con el paso del tiempo, la acumulación de estos las transformase en patógenas. Los autores establecieron los mecanismos evolutivos que llevaban a las bacterias a ser capaces de extenderse más allá del aparato digestivo y provocar infecciones sistémicas en dichas aves.

Tras este paso, los investigadores desarrollaron mediante aprendizaje automático (rama de la Inteligencia Artificial) predicciones con más de un 70 % de fiabilidad sobre qué variantes de E. coli podían suponer un potencial peligro por la elevada probabilidad de que se transformasen en dañinas. Anticipar con una alta certeza estas variantes de riesgo podría ayudar a tomar medidas más precisas la hora de intervenir granjas avícolas y evitar con antelación que surjan y se expandan E. coli patógenas, mediante el diagnóstico temprano de estas, el aislamiento de los pollos afectados o su sacrificio.

Aunque los estudios de asociación de genoma completo tienen importantes limitaciones a la hora de conocer en profundidad la función de cada variación genética, estos resultan útiles para aportar una visión de conjunto de cada variedad bacteriana. Los autores reconocen la importancia de más estudios para validar este enfoque y aumentar el conocimiento sobre cómo los cambios genéticos de las citadas bacterias determinan su capacidad para provocar enfermedades.

Esther Samper

Referencia: «Genome evolution and the emergence of pathogenicity in avian Escherichia coli». L. Mageiros et al. en Nature Communications, vol. 12, n.º 765, febrero de 2021.

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