En el invierno del año 2014, el personal de la Unidad de Cuidados Intensivos Neonatales tuvo un problema serio: los investigadores observaron un aumento en la cantidad de bacterias resistentes dentro de esta unidad del Mayo Clinic Hospital en el campus de Saint Marys, en Rochester. El culpable era el Staphylococcus aureus resistente a la meticilina, más conocido por las siglas SARM (MRSA, en inglés). Estos incidentes se habían vuelto cada vez más comunes en los últimos años, incluso en instituciones que contaban con excelentes programas para controlar infecciones; sin embargo, la situación de Mayo era única. Aquí, mediante la tecnología para identificación del ADN, se determinaron las características de la epidemia  y se detectó la identidad genómica de un patógeno presente en la mayoría de los bebés, antes de que mostraran ningún signo de infección. Igual que un detective esparce polvo para recoger las huellas dactilares de la escena del crimen, los investigadores de Mayo escudriñaron la UCI en busca del SARM. Una vez detectada esta peligrosa bacteria, obtuvieron sus huellas genómicas para identificar qué tipos exactamente provocaban la epidemia y con esta información, contuvieron entonces su propagación y trataron a los bebés afectados.

Ahora, esta criminalística de alta tecnología, que estuvo dirigida por la Dra. Robin Patel, cambia la forma como los médicos siguen la propagación de las bacterias. La doctora y su equipo desarrollaron tecnologías que también sirven para resolver otros misterios médicos, pues permiten ofrecer un diagnóstico a los pacientes aquejados por infecciones que antes eran imposibles de diagnosticar.

Dr. Patel dirige el Laboratorio para Investigación de Enfermedades Infecciosas, es codirectora del Laboratorio de Bacteriología Clínica en Mayo Clinic y ostenta el título de profesora Elisabeth P. y Robert E. Allen para Medicina Personalizada.

La vida en el mundo de los microbios

Los científicos recién empiezan a apreciar la riqueza y la complejidad de los microbios que viven en nosotros y alrededor nuestro. Los microbios cubren prácticamente todas las superficies del planeta, incluidos los órganos y los orificios del cuerpo humano. En total, el planeta Tierra posiblemente alberga a más de un billón de especies microbianas, de manera que el tema de estos organismos unicelulares es, en gran medida, territorio virgen.

Igual que el polvo para huellas dactilares expone claramente los patrones distintivos de estos remolinos aceitosos, la nueva tecnología permite a los investigadores ver cosas que antes eran imposibles. “Es el mejor momento para la microbiología. Tenemos conocimiento de apenas una fracción de lo que sucede con los microbios, muchos de los cuales todavía no tienen nombre, como es el caso de los que viven en el cuerpo humano. Obviamente, la secuenciación se ha hecho solo en una fracción de ellos”, comenta la Dra. Patel.

Las cosas cambian y lo hacen rápido

Los avances en la tecnología y la microbiología han permitido a los investigadores hacer la secuenciación del ADN microbiano directamente del ambiente, sin tener que cultivar los organismos primero. Además, el costo de la secuenciación ha disminuido en varias órdenes de magnitud, o sea, la genómica ya no se considera un lujo. Todo esto ocurre en un momento crítico de la medicina, pues desde hace mucho tiempo, los científicos advierten acerca de un futuro posterior a la era de los antibióticos que cambiará para siempre aquellos procedimientos que ahora damos por descontado, como algunas cirugías frecuentes, la quimioterapia y las cesáreas.

“Indiscutiblemente, nos enfrentamos a una crisis de resistencia bacteriana. Año tras año, vemos más y más bacterias que muestran resistencia a antibióticos que normalmente habrían servido para tratarlos”, señala la Dra. Patel.

La resistencia antimicrobiana no afecta a todos los pacientes ni a todas las instituciones exactamente de la misma manera, ni exactamente en el mismo momento, pero puede afectar a cualquier paciente y en cualquier institución médica, explica la Dra. Patel. Por lo tanto, a cada institución le toca identificar y controlar el problema que tiene delante.

“En el laboratorio, hemos creado muchos métodos para identificar bacterias resistentes a los antibióticos que pueden ayudar a mantener este asunto bajo control en el entorno de la salud”, añade la médica. En el estudio de la Unidad de Cuidados Intensivos Neonatales, el personal de Mayo Clinic tomó muestras de las superficies de la unidad, de los orificios nasales, de las axilas y de las ingles de los bebés ingresados, a fin de buscar rastros de la bacteria resistente a los antibióticos. En algún momento de este estudio de tres años de duración fue necesario obtener muestras todas las semanas. El equipo hizo los cultivos con las muestras, luego extrajo el ADN de las especies bacterianas que surgieron y procedió a hacer la secuenciación.

Al analizar las secuencias, quedó al descubierto que la unidad se encontraba bajo el ataque simultáneo de dos cepas de SARM que provocaban la epidemia. Los médicos aislaron a los bebés afectados, tanto en habitaciones individuales como en lugares con espacio para varias cunas donde reunieron a los que tenían la misma variedad. Asimismo, todos los bebés infectados recibieron tratamiento con un antibiótico para erradicar el SARM. Los resultados se publicaron en octubre del 2018 en Infection Control & Hospital Epidemiology (Control de Infecciones y Epidemiología Hospitalaria).

Este método sirvió para que los investigadores estudiaran otras infecciones adquiridas en el hospital y en la comunidad. Por ejemplo, analizaron las muestras de sangre de más de 150 pacientes que en el año 2015 tuvieron infecciones sanguíneas por Staphylococcus aureus en la sede de Mayo Clinic en Rochester. Descubrieron que casi un tercio de estos casos correspondían al SARM. Cuando la Dra. Patel y su laboratorio hicieron la secuenciación del organismo estafilococo de cada una de las muestras, salieron a la luz solamente dos que podían estar relacionadas. Es decir, parecía que solamente dos se habían diseminado en el entorno hospitalario. “La tecnología sirve para ver si es una epidemia, porque cuando las cepas no están relacionadas, no hay epidemia. No toda infección se adquiere como parte de una epidemia, ya que también pueden presentarse de forma esporádica. Saber que hay una epidemia es tan útil como saber que no la hay”, aclara la Dra. Patel.  

”No toda infección se adquiere como parte de una epidemia. Saber que hay una epidemia es tan útil como saber que no la hay”, dice la Dr. Patel, que aparece aquí con su colega, el Dr. Matthew Thoendel.

A través de los laboratorios de Mayo Clinic, la Dra. Patel y su equipo ayudan a otras instituciones de todo el mundo a investigar varias epidemias, o posibles epidemias. Las infecciones causadas por estos súper microbios se propagan rápido, desafían los tratamientos y derivan en infecciones potencialmente mortales.

“Sabemos que el problema es importante para el mundo entero. Si bien la genómica no va a lograr que la resistencia a los antibióticos desaparezca, sí va a aportar la información necesaria para combatirla de forma más sabia”, anota la Dra. Patel.

Misterio resuelto

Las epidemias infecciosas van en aumento. En 2016, los  organismos infecciosos mataron a más de 6 millones de personas en todo el mundo, cantidad básicamente comparable a la de los choques automovilísticos y otros accidentes. En muchos casos, los culpables ya son conocidos: VIH, tuberculosis y paludismo o malaria.

No obstante, un gran porcentaje de las infecciones vistas en la práctica clínica es producto de organismos todavía desconocidos. La razón es que los investigadores solamente han podido cultivar en el laboratorio alrededor de uno por ciento de todas las bacterias. Ahora, el progreso de la genómica permite a los científicos identificar al 99 por ciento restante y precisar las causas de las infecciones para que los pacientes puedan recibir los tratamientos potencialmente salvadores que necesitan.

Un buen ejemplo

En 2016, un hombre de 52 años se presentó en Mayo Clinic con una infección en la prótesis de la rodilla, después de una cirugía para reemplazar la articulación realizada en otro hospital. En los primeros seis meses desde la cirugía, el paciente empezó a sentir dolor y presentó tanto hinchazón como exudado. El médico que lo atendía había intentado infructuosamente cultivar la bacteria nociva y le había recetado varios ciclos de antibióticos, pero con escaso éxito.

Pocos meses después de ver al paciente, los médicos de Mayo le retiraron la prótesis. El equipo de la Dra. Patel aplicó la técnica desarrollada por ellos hacía más de una década para obtener muestras de las biopelículas de la superficie del implante e intentó nuevamente hacer el cultivo. El equipo tampoco tuvo éxito. Igual que ocurre con el 15 al 20 por ciento de los casos de infección en la prótesis articular, no fue posible hacer el cultivo de la bacteria nociva; pero, esta vez, el laboratorio de la Dra. Patel intentó algo nuevo: tomó la muestra e hizo una secuenciación completa, mediante una técnica llamada “secuenciación metagenómica en escopeta”, que categoriza a lo humano y a lo bacteriano. 

“Después de todo, somos mayormente humanos; es decir, la secuenciación también es mayormente de ADN humano. Para encontrar el ADN microbiano en ese enorme mar de humanidad, era preciso inventar una estrategia para depauperar el ADN humano en el laboratorio”, apostilla la Dra. Patel.

Después de intentarlo con varias técnicas, el equipo de la Dra. Patel descubrió que podía usar sustancias químicas para abrir las células humanas y retirar el ADN liberado, pero dejar ilesa a la robusta bacteria. Después, los científicos procesaron el ADN restante e hicieron la secuenciación. Con la aplicación de este método para analizar las muestras de la cirugía de la rodilla del paciente, se descubrió una excesiva abundancia de una bacteria llamada Mycoplasma salivarium que, a menudo, está presente en la saliva de personas sanas. Sin embargo, esto no podía quedar allí, puesto que la sola presencia de la bacteria no necesariamente significaba que era el origen de la infección.

Al buscar el ADN bacteriano, el laboratorio de la Dra. Patel empezó a verlo en todas partes: en los reactivos, en los plásticos para recolectar especímenes y en los tubos de ensayo. Los científicos realizaron, entonces, otros análisis y prepararon recetas especializadas para el cultivo de la bacteria que creían era la culpable, con el fin de probar que estaban en lo cierto.

Fue la primera vez que se demostró que este tipo de bacteria producía una infección en la prótesis de rodilla. Lo que había ocurrido con el paciente era que los antibióticos recetados, la vancomicina y el cefepime, no eran eficaces para esa bacteria. Después de recibir esta información, por fin, se cambió el medicamento del paciente a la doxiciclina, antibiótico conocido por su eficacia contra esa especie bacteriana. En la última consulta en Mayo, el paciente ya no tenía dolor. No obstante, lo más probable era que tuviese que continuar con el tratamiento de forma indefinida para mantener controlada la infección.

“Mi esperanza es que estemos ya en una nueva era, en la que se puede usar el análisis sofisticado de la secuenciación para entender mejor a los patógenos que tenemos delante. Podemos usar estos métodos para determinar cómo se propagan los patógenos y también para descubrir los genes que los hacen particularmente peligrosos o resistentes a los fármacos. Creo que eso, en última instancia, llevará a prestar mejor atención médica a los pacientes”, asevera la Dra. Patel. 

Con ella a la cabeza, el equipo de la Dra. Patel hace experimentos con sus técnicas a fin de investigar una lista pendiente de infecciones aún no resueltas. Han analizado ya docenas de muestras de líquido cefalorraquídeo, sangre y biopsias de piel; además, han aplicado sus métodos en casos raros de enfermedades infecciosas, tales como lepra, paludismo y dos afecciones producidas por las garrapatas: la babesiosis y la fiebre recurrente. Los procesos son caros y laboriosos, pero también son potencialmente revolucionarios.

“Este tipo de tecnología es realmente de punta y no se la debe utilizar a la ligera. No es para la gente que tiene una gripe cualquiera, sino para resolver los misterios médicos, como epidemias y afecciones no diagnosticadas que podrían ser producto de infecciones. Los indicios que las nuevas tecnologías aportan son invalorables”, concluye la Dra. Patel. — Marla Vacek Broadfoot, abril de 2019

Si desea leer más acerca de esta tecnología, vaya al blog del Centro para Medicina Personalizada de Mayo Clinic.