Hablemos de...

Mecanismos de evolución
y resistencias bacterianas
Rafael Gómez-Lus y Carmen Rubio Calvo
Unidad de Microbiología. Departamento de Microbiología, Medicina Preventiva y Salud Pública. Universidad de Zaragoza. Zaragoza. España.

La evolución de las bacterias hacia la resistencia a los antibióti- nes de genes estructurales o reguladores. Alternativamente, pue-
cos, e incluso a la multirresistencia, es inevitable porque los genes de resultar de la adquisición horizontal de información genética
que la codifican ya existen en la naturaleza. Un ejemplo clásico exógena. Ambos mecanismos no son mutuamente exclusivos y
es la identificación de una cepa de Escherichia coli, productora de pueden asociarse en la emergencia y en una diseminación más
betalactamasa, antes de que la penicilina se hubiera utilizado clí- eficiente de la resistencia.
nicamente1. Es un aspecto particular de la evolución general de Una visión ampliada de los factores de virulencia para compren-
las células procariotas que preocupa a Homo sapiens, pero que no der mejor la infección y su tratamiento, incluidos elementos si-
puede detenerlo ninguna fuerza. En consecuencia, lo mejor que tuados fuera del ser humano, nos llevan a una interpretación más
podemos lograr es retrasar la emergencia y la diseminación sub- ecológica. Una ventaja de esta perspectiva es situar a la biología
secuente de las bacterias resistentes o de los genes de resistencia. de la resistencia y su evolución en el centro del problema.
Por eso, el fenómeno de la resistencia puede surgir por mutacio-

Resistencia a los antibióticos

y su diseminación
Puntos clave En el fenómeno de la resistencia cruzada, un mecanismo bio-
químico único confiere resistencia a una clase de antimicrobia-
Los pacientes se suelen infectar en el hospital con
nos. Estos agentes están químicamente relacionados, comparten
bacterias y éstas con plásmidos, transposones e la misma diana de acción y, por lo tanto, se produce la resistencia
integrones portadores de genes de resistencia, que las cruzada. A la inversa, los antibióticos de diferentes clases son es-
protegen frente a los antibióticos. tructuralmente distintos, las dianas son diversas y, por tanto, no
hay resistencia cruzada. Sin embargo, puede producirse resisten-
La diseminación clonal se debe a la replicación
del cromosoma, la conjugación plasmídica a la
cia cruzada a antibióticos poco relacionados cuando se traslapan
transferencia replicativa y la migración de genes a la las dianas, como sucede con los macrólidos, las lincosamidas y
transposición replicativa. la estreptogramina B (MLSB). También es posible que los me-
canismos de eflujo, conocidos más recientemente, causen una
Los elementos genéticos de resistencia y sus resistencia múltiple, ya que al actuar determinadas bombas son
vectores desempeñan un papel central en la
evolución y aportan mecanismos que generan diversidad,
capaces de expulsar un amplio espectro de antibióticos: betalac-
a lo que contribuye la promiscuidad de las bacterias. támicos, aminoglucósidos, clase MLSB, cloranfenicol, tetracicli-
nas, sulfamidas, trimetoprima e incluso fluoroquinolonas.
En los bacilos gramnegativos, la resistencia es En contraste con la resistencia cruzada, la corresistencia se debe
sobre todo plasmídica, y los transposones y los a la presencia en la misma bacteria huésped de varios mecanis-
integrones son vehículos de los genes, mientras que en
los cocos grampositivos, los transposones conjugativos,
mos, cada uno confiriendo resistencia a una clase de antimicro-
cromosómicos, son fundamentales para la resistencia biano. Los genes causantes se encuentran con frecuencia situa-
múltiple. dos adyacentes, ligados físicamente, y se expresan de un modo
coordinado.
Es posible tratar de descrifrar los modos de Los estudios de genética molecular establecen 3 grados de dise-
resistencia que nos lleve a conocer los “proyectos
genómicos procarióticos”, por lo que es preciso que la
minación de la resistencia a los antibióticos:
investigación se haga no sólo con carácter retrospectivo,
sino también examinando el proceso mientras está 1. Epidemias de bacterias resistentes entre los humanos y, en
sucediendo para sorprender el tráfico de plásmidos R, general, entre los mamíferos.
transposones, integrones y casetes génicas. 2. Epidemias de plásmidos de resistencia entre las bacterias.
3. Epidemias de genes de resistencia entre las bacterias.

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Cada uno de estos fenómenos no solamente es infeccioso, sino Entre los cocos grampositivos, la transferencia de genes de re-
exponencial, ya que está asociado a la replicación del ácido sistencia a macrólidos en Streptococcus pneumoniae está mediada
desoxirribonucleico (ADN). La diseminación clonal se debe a por Tn cromosómicos, como el Tn15452, de amplio espectro de
la replicación del cromosoma; la conjugación plasmídica, a la huéspedes: géneros Streptococcus, Staphylococcus y Enterococcus.
transferencia replicativa, y la migración de genes, a la transposi- El origen de los plásmidos de resistencia lo encontramos en
ción replicativa. Hagamos especial énfasis en que la conjugación microorganismos productores de antibióticos (géneros Bacillus,
tiene un rango muy amplio de bacterias huéspedes, por lo que Micromonospora, Streptomyces, etc.) y forma parte de un mecanis-
los plásmidos pueden transferirse de forma eficiente entre gé- mo antisuicidio, con exportación de las sustancias protectoras.
neros filogenéticamente remotos, y las barreras para la expresión Este mecanismo propuesto incialmente por Watanabe3 y com-
de genes heterólogos son limitadas, de modo que los determi- pletado por Benveniste y Davies4, indicaba que los determinan-
nantes genéticos de resistencia se expresan en procariotas muy tes R procedían de los cromosomas de los precitados géneros y
diversas. eran capturados por plásmidos (factores sexuales)5. Otra posibi-
Estas observaciones conducen al conocimiento de que las bac- lidad es la participación de genes metabólicos cuyos productos
terias atesoran un fondo de genes de resistencia, ya que están intervienen en las funciones procarióticas y son capaces también
laxamente unidos a sus huéspedes y en condiciones naturales se de modificar, inactivar o expulsar moléculas de antimicrobianos.
diseminan con facilidad. Además, muchos de los determinantes genéticos de resistencia
que ahora se encuentran en plásmidos pueden tener su origen en
el cromosoma de otras especies, como ya se ha demostrado.
La resistencia a los antibióticos en
bacilos gramnegativos y en cocos Propagación de plásmidos R
grampositivos entre diferentes cepas en el medio
La resistencia bacteriana a los antibióticos en los bacilos gram- hospitalario
negativos (BGN) suele estar mediada por plásmidos R, y los
genes vehiculados, por transposones (Tn), integrones (In) y em- En el Hospital Clínico Universitario Lozano Blesa de Zara-
paquetados en casetes génicas (tabla 1). En los cocos grampo- goza, investigamos la diseminación y la evolución de la resis-
sitivos, son fundamentales los Tn conjugativos cromosómicos tencia antibiótica y estudiamos los plásmidos R conjugativos
(TnCC), caracterizados por compartir rasgos con plásmidos R, (tra+), los elementos transponibles y, en algunos casos, los me-
bacteriófagos y Tn clásicos. Todos estos elementos desempeñan canismos bioquímicos de resistencia. En 1974, de una cepa de
un papel central en la evolución, proporcionan mecanismos para Pseudomonas aeruginosa procedente del Centro Regional de
generar diversidad y, con los sistemas de transferencia de ADN, Traumatología, caracterizamos el plásmido de 68 kb pUZ1 (fig.
para su diseminación a otras bacterias. 1), grupo de incompatibilidad P transferible a E. coli J62 por
Como analizaremos más adelante, entre las poblaciones bacte- conjugación y patrón de resistencia que incluía 10 antibióticos
rianas de BGN, sobre todo en las causantes de infecciones hos- y cloruro mercúrico6,7. El plásmido pUZ1 contenía 2 Tn, el Tn3
pitalarias, son fundamentales la intervención de los plásmidos ya conocido que porta el gen bla , y uno nuevo, el Tn1696
TEM-1
R, de los Tn, de los In y de las casetes génicas, cuyo papel varía (fig. 2) vehículo del integrón In4, que albergaba 5 de los genes
de unos a otros determinantes genéticos. Muchos de los genes de resistencia.
de resistencia adquiridos son parte de pequeños elementos mó- Cuatro años después, aislamos diferentes cepas de enterobacte-
viles: las casetes génicas, que al incorporar un pequeño sitio de rias y de P. aeruginosa (tabla 2), que portaban plásmidos del mis-
recombinación (SR, de 59 pb), les confiere movilidad. Es un mo grupo P, con idénticos peso molecular, patrón de restricción
mecanismo muy eficiente de empaquetar genes y, en cuanto al y producción de enzimas8. Estos hallazgos apoyaban la hipóte-
grado de divergencia entre las casetes génicas, están en el rango sis de la diseminación de plásmidos R pertenecientes al grupo
existente entre especies como E. coli y Salmonella typhimurium; IncP, capaces de propagarse entre las familias Enterobacteriaceae
es decir, de 10 a 160 millones de años. La SR (secuencia re- y Pseudomonadaceae.
petida) de 59pb derivan de ancestros comunes, funcionalmente En 1976, detectamos un plásmido de 73 kb perteneciente al
conservadas por muchos años. grupo Inc M y, por tanto, transferible solamente a enterobacte-
rias. El patrón de resistencia antibiótica incluía ampicilina, tetra-
ciclina, gentamicina y tobramicina. Posteriormente, se aislaron
numerosas cepas de enterobacterias con plásmidos del mismo
Tabla 1. Superfamilias de vectores génicos grupo IncM e idénticas propiedades genotípicas y fenotípicas,
encontrando en una cepa clínica de Proteus vulgaris la coexis-
tencia de 2 plásmidos, uno del grupo IncM y otro del IncP.
Cromosoma: gran replicón Además, como consecuencia de la vigilancia epidemiológica de
Plásmido: pequeño replicón las cepas portadoras de plásmidos R, pudimos comprobar que
Transposón: cromósomico y/o plasmídico algunos inicialmente transferibles (tra+), dejaban de serlo (tra–),
Integrón: vector natural de clonación y expresión así como la pérdida de plásmidos, o bien la recombinación de
Casetes génicas: vectores “capturables” parte de sus genes en el cromosoma, que indicaba mecanismos
Bacteriófago: porta genes en su cápside de transposición. Un ejemplo práctico lo constituye una trans-
conjugante de la cepa de E. coli #3644, que perdió el plásmido,

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IR Tn1696

IR
IR

Tn3

Figura 2. Plásmido pUZ1: transposones Tn3 [amarillo] y Tn1696

[verde], varias repeticiones invertidas [IR].
Figura 1. Caracterización del plásmido pUZ1 en una cepa de
Pseudomonas aeruginosa en 1974. En los halos de inhibición de
diversos antibióticos (Gm, Cm, Carbe, Sul, etc.) colonias resistentes
de las que se aisló un plásmido de 68 kb transferible a Escherichia inactiva, además de apramicina, a gentamicina y tobramicina, es
coli J62. un riesgo potencial para seleccionar resistencias a aminoglucó-
sidos de uso clínico. El problema es más grave si valoramos que
las 6 cepas que nosotros aislamos mostraban también resistencia
pero conservaba su patrón de resistencia9. La estrategia de res- transferible a ampicilina y estreptomicina.
cate fue la utilización del plásmido pUZ8, carente de elementos
transponibles, e introducirlo en la ya citada transconjugante de
E. coli, con lo que se obtuvo un plásmido, en el que se caracterizó Epidemiología de la resistencia
el Tn compuesto Tn2922. Nuestra hipótesis había sido suponer a los antibióticos
que si el presunto Tn había sido capaz de saltar del plásmido al
cromosoma, también podría hacer la transposición reversa del La epidemiología de la resistencia a los antibióticos puede ser
cromosoma al plásmido, lo cual pudimos demostrar. local, nacional e internacional. La mayor parte de los brotes de
bacterias resistentes aparecen en un ámbito extremadamente
local, afectan a un número limitado de pacientes en una deter-
Genes de resistencia a los minada unidad y la prevalencia de la resistencia suele ser la más
antibióticos vehiculados por elevada, ya que coinciden pacientes más vulnerables y un amplio
uso de antimicrobianos.
bacterias de origen animal que Un segundo ámbito epidemiológico es el nacional, como sucede
causan infecciones en humanos en Europa, en el que se comprueba que los patrones de resis-
tencia son más altos en los países mediterráneos y más bajos en
En 1989 pudimos comprobar el aislamiento de 2 cepas clínicas Escandinavia. En América del Norte las tasas de resistencia son
(E. coli y Klebsiella pneumoniae), resistentes a los aminoglucósi- más altas en Estados Unidos que en Canadá.
dos de uso veterinario, apramicina e higromicina, con plásmidos De otra parte, la epidemiología de la resistencia es parcialmen-
R de 110 kb, que poseían los 2 genes causantes. Posteriormente, te internacional, porque algunos determinantes genéticos son
se aislaron 4 cepas de enterobacterias con características simila- transferibles y prevalecen en todo el mundo. Pero es realmen-
res. Al analizar la organización de estos genes, se comprobó que te internacional cuando algunas cepas resistentes se disemi-
estaban adyacentes y agrupados en la misma orientación que se nan entre países y continentes, y alcanza una gran relevancia el
había demostrado en los aislados de origen animal. Los 2 genes problema de los clones españoles de neumococos, por lo que
de resistencia a apramicina e higromicina forman un operón, y es bien conocida la diseminación intercontinental de un clon
están asociados con secuencias IS140, lo que implica una estruc- multirresistente de S. pneumoniae serotipo 23F, de España a Es-
tura transponible10. Dado que la enzima acetilante AAC(3)-IV tados Unidos, y la propagación de un clon de neumococo mul-

Tabla 2. Plásmidos del grupo Inc P aislados en el CRT(1974) y en el Hospital Clínico Universitario Lozano Blesa de Zaragoza (1976-1978)

Donadora Plásmidos Tn3 y Tn1696 Mes/año Origen Servicio

Pseudomonas aeruginosa CRT pUZ1 [R1033] 2/1974 Exudado Traumatología

Serratia marcescens #965 pUZ7 5/1976 Exudado Cirugía
Klebsiella pneumoniae #2932 pUZ14 7/1976 Orina Urología
Serratia marcescens #785 pUZ270 8/1977 LCR Neurocirugía
Serratia marcescens #1706 pUZ613 3/1978 Aspirado bronquial UCI/Pediatría

LCR: líquido cefalorraquídeo; UCI: unidad de cuidados intensivos.

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tirresistente serotipo 6B, de España a Islandia, del sur al norte salud pública y, en el caso de los antibióticos, permitirá adoptar
de Europa11. medidas que repercutirán en los costes sanitarios y, en especial,
Es comprensible que, en 1997, se crease la Red Epidemiológica en los efectos ecológicos adversos de su utilización, es decir, en la
Molecular de Neumococos (Pneumococcal Molecular Epide- selección de patógenos resistentes.
miology Network), bajo los auspicios de la Unión Internacional
de Sociedades de Microbiología, con la finalidad de estandarizar
la nomenclatura y la clasificación de los clones de S. pneumoniae
en el ámbito mundial. Bibliografía
Es destacable que la vigilancia de la aparición de nuevos meca-
nismos bacterianos frente a los antimicrobianos ha dado lugar
al hallazgo de un nuevo fenotipo de resistencia múltiple media-
do por la ARN metiltransferasa Cfr en S. aureus y en E. coli12.
El fenotipo que se denomina PhLOPSa confiere resistencia
a las clases siguientes de antibióticos: fenicoles, lincosamidas, •• Muy importante
oxazolidinonas, pleuromutilinas (como tiamulina, de uso en
1. Abraham EP, Chain E. An enzyme from bacteria able to destroy penicillin. Nature.
veterinaria) y estreptogramina A, siendo la primera vez que se 1940;146:837.
detecta resistencia transferible plasmídica a oxazolidinonas y 2. Seral C, Castillo J, García C, Rubio MC, Gómez-Lus R. Distribution of resistance
genes tet(M), aph (3’)-III , catpC194 and the integrase of Tn1545 in clinical Streptococcus
tiamulina. pneumoniae harbouring erm(B) and mef (A) genes in Spain. J Antimicrob Chemother.
2001;47:863-6.
3. •• Watanabe T. The origin of R factors. Annals NY Acad Sci. 1971;182:126-40.
Conclusión 4. •• Benveniste R, Davies J. Aminoglycoside antibiotic-inactivating enzymes in
Antinomycetes similar to those present in clinical isolates of antibiotic-resistant
bacteria. Proc Natl Acad Sci (USA). 1973;70:2270-80.

La aplicación de los métodos moleculares ha conseguido desci-

5. •• Hughes VM, Datta N. Conjugative plasmids in bacteria of the “pre-antibi-
otic” era. Nature- 1983;302:725-6.
6. Gómez-Lus R. Evolution of bacterial resistance to antibiotics during the last three
frar la mayoría de las bases genéticas y mecanismos bioquímicos decades. Internatl. Microbiol. 1998;1:279-84.
de resistencia, lo que ha contribuido al diseño de nuevas técnicas 7. Smith DI, Gómez-Lus R, Rubio-Calvo MC, Datta N. Third type of plasmid confer-
ring gentamicin resistance in Pseudomonas aeruginosa. Antimicrob Agents Chemother.
para la detección in vitro de la resistencia, a la creación de nuevos 1975;8:227-30.
antimicrobianos, así como al desarrolllo de técnicas epidemio- 8. Gómez-Lus R, Larrad L, Rubio-Calvo MC, Navarro M, Lasierra MP.������������ AAC(3) and
AAC(6’)enzymes coded by R plasmid isolated in a general hospital. En: Mitsuhashi S,
lógicas sensibles y a la implementación de medidas preventivas. Rosival L, Krcmery V, editors. Antibiotic resistance. Berlin: Springer Verlag; 1980. p.
Reiteradamente, se ha demostrado que la emergencia y la dise- 295-303.
9. Salauze D, Otal I, Gómez-Lus R, Davies J. Aminoglycoside acetyltransferase 3-
minación de la resistencia correlaciona con el uso de los antibió- IV(aacC4) and hygromycin 4-I phosphotransferase (hphB) in bacteria isolated from
ticos, pero el problema es mucho más complejo, por lo que la human and animal sources. Antimicrob Agents Chemother. 1990;34:1915-20.
10. Muñoz R, Coffey TJ, Daniels M, Hakenbeck R, Tomasz A. Intercontinental spread
valoración debe hacerse con criterios integradores. Un aspecto of a multiresistant clone of serotype 23F Streptococcus pneumoniae. J Infecti Dis.
importante ha sido la demostración de que la emergencia de la 1991;164:302-6.
11. Soares S, Kristinsson KG, Musser JM, Tomasz A. Evidence of the introduction of a
resistencia aparece por azar, puede incrementarse por necesidad multiresistant clone of serotype 6B Streptococcus pneumoniae from Spain to Iceland in
procariótica y la presencia de los antimicrobianos en el medio. the late 1980s. J Infect Dis. 1993;168:158-63.
12. Long KS, Poehlsgaard J, Kehrenberg C, Schwarz S, Vester B. The Cfr rRNA methyl-
Como una consecuencia práctica, la vigilancia del consumo de transferase confers resistance to phenicols, lincosamides, oxazolidinones, pleuromutilins,
medicamentos es fundamental para la toma de decisiones en and streptograminA antibiotics. Antimicrob Agents Chemother. 2006;50:2500-5.

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