Tras las huellas de la bacteria
Loera López Atziri Vianey.[1], López Díaz José Eduardo.1, López Silva Carlos Alberto.1, Dra. Liliana Salgado2
[1] Estudiantes de la licenciatura en médico
cirujano, en el departamento de medicina y nutrición, de la división de
ciencias de la salud de la Universidad de Guanajuato.
2. Infectóloga del Hospital de Alta Especialidad del Bajio.
Resumen.
En medicina, la identificación
precisa de las bacterias involucradas en las enfermedades infecciosas es
primordial para el diagnóstico y tratamiento oportuno. Actualmente se cuenta
con distintos métodos para su identificación, cuando esto no es posible a
través de medios convencionales, debemos recurrir a estudios más especializados
como lo es el uso del 16S rRNA. El
análisis del 16S rRNA es una ampliación de una parte específica del material
genético de la bacteria que contiene
secuencias características que se denominan oligonucleótidos firma
que son secciones pequeñas y específicas de cada bacteria, que les confieren
rasgos únicos, lo que hace posible su análisis e identificación por medio de la
reacción en cadena de polimerasa (PCR). La identificación basada en la secuenciación del 16S rRNA en los
laboratorios clínicos se centra principalmente en bacterias cuya identificación
por métodos fenotípicos resulta imposible, difícil o requiere mucho tiempo.
Palabras clave: 16S rRNA, identificación, bacteria, PCR, oligonucleótidos firma.
Palabras clave: 16S rRNA, identificación, bacteria, PCR, oligonucleótidos firma.
Abstract
In medicine, the
precise identification of the bacteria involved in infectious
diseases is paramount for the diagnosis and timely treatment. Currently there
are different methods for identification, when this is not
possible through conventional means, we must resort to more specialized studies
such as the use of 16S rRNA. The analysis of the 16S rRNA is an extension of a specific part of the genetic
material of the bacteria that contains characteristic sequences that are called
signature
oligonucleotides that are small and specific sections of each
bacterium, which give them unique traits, which makes their analysis possible
and their identification through the polymerase chain reaction (PCR). The identification based on the sequencing of 16S rRNA in clinical laboratories
is mainly focused on bacteria whose identification by phenotypic methods is
impossible, difficult or time-consuming.
Keywords: 16S rRNA, identification, bacteria, PCR, oligonucleotides signature
Keywords: 16S rRNA, identification, bacteria, PCR, oligonucleotides signature
Resumo
Na medicina, a identificação precisa das bactérias envolvidas em doenças
infecciosas é primordial para o diagnóstico e o tratamento oportuno. Atualmente
existem diferentes métodos de identificação, quando isso não é possível através
de meios convencionais, devemos recorrer a estudos mais especializados, como o
uso de 16S rRNA. A análise do 16S rRNA é uma extensão de uma parte específica do material
genético da bactéria que contém seqüências características que são chamadas de oligonucleotídeos
de assinatura que são seções pequenas e específicas de cada bactéria,
que lhes conferem características únicas, o que torna sua análise possível.
identificação por meio da reação em cadeia da polimerase (PCR). A identificação baseada no sequenciamento do 16S rRNA em laboratórios clínicos
é focada principalmente em bactérias cuja identificação por métodos fenotípicos
é impossível, difícil ou demorada.
Palavras-chave: 16S rRNA, identificação, bactérias, PCR, assinatura de oligonucleotídeos.
Palavras-chave: 16S rRNA, identificação, bactérias, PCR, assinatura de oligonucleotídeos.
Introducción.
En medicina, la
identificación inmediata y precisa de las bacterias causantes de infecciones
graves, es un requisito esencial para el diagnóstico y tratamiento adecuado de
los enfermos. En la actualidad, la mayor parte de las bacterias de interés clínico
se identifican mediante métodos de caracterización individual con técnicas
convencionales como: cultivos de bacterias, que permiten la visualización de
los gérmenes y con ellos, su caracterización; antibiogramas, métodos que sirven
para identificar el medicamento con el que puede eliminarse la infección.
Estos
métodos pueden resultar lentos e imprecisos, debido a que algunas bacterias
suelen tener un fenotipo (forma) parecido a otras, además de que pueden
ocasionar malestares similares y confundir al médico sobre la verdadera causa
de la infección lo que resulta en un tratamiento retardado o ineficaz. En razón de este hecho se han
desarrollado métodos de diagnóstico más específicos, como la identificación
genética basada en el análisis del 16S rRNA que es una ampliación de una parte
específica del material genético de la bacteria; un método ya conocido desde la
época de los 80´s aunque poco utilizado en nuestro país pero que puede
representar una ventaja tanto en tiempo como en precisión para la
identificación de bacterias.
A continuación, hablaremos acerca del concepto del 16S
rRNA, su utilidad clínica, disponibilidad, ventajas y desventajas.
- En el ADN de todas las bacterias existe el RNA ribosomal (rRNA) que es el encargado de la producción de proteínas, dentro de este existe la subunidad 16 del rRNA (16S rRNA) que contiene secuencias características que se denominan oligonucleótidos firma que son secciones pequeñas y específicas de cada bacteria, que les confieren rasgos únicos, lo que hace posible su análisis e identificación por medio de la reacción en cadena de polimerasa (PCR).
- La PCR es un proceso simple, exacto y altamente reproducible que
proporciona la ventaja de empezar con una pequeña cantidad de ADN y ser capaz
de amplificarla para realizar estudios. En una reacción de PCR, se inicia con
la preparación de la muestra de ADN que es extraída de varias fuentes
biológicas, a continuación es amplificada en una máquina llamada termociclador
y ordenada en un gel especial para su posterior análisis. (Apéndice 1). La amplificación del 16S rRNA es la más utilizada para la clasificación de
bacterias que tienen características comunes, que es el objeto de
estudio de este trabajo.
Apéndice 1. Etapas a seguir en el proceso de identificación bacteriana mediantesecuenciación del ADNr 16S.
- Utilidad
- El uso de secuencias del gen 16S rRNA para estudiar la clasificación bacteriana ha sido con mucho, el marcador genético más común usado por varias razones. Se trata de una molécula muy antigua, presente en todas las bacterias actuales. Sus variaciones aportan información acerca de todas las bacterias para diferenciarlas. Dado que resulta relativamente fácil secuenciar los 16S rRNA existen bases de datos amplias (Ejemplo: GenBank), en continuo crecimiento.La identificación basada en la secuenciación del 16S rRNA en los laboratorios clínicos se centra principalmente en bacterias cuya identificación por métodos fenotípicos resulta imposible, difícil o requiere mucho tiempo, incluyendo los siguientes casos:
- Bacterias no cultivables. Bacterias cuyas características no se adaptan a las de ningún género o especie reconocido. Esta situación puede presentarse cuando se trata de bacterias nuevas o infrecuentes.
- Bacterias para las cuales la caracterización fenotípica sea deficiente.
- Bacterias difíciles de cultivar.
- Bacterias
de crecimiento lento, que retrasa considerablemente la identificación
convencional.
La secuenciación del 16S rRNA se está imponiendo como un método rápido y preciso para la identificación de estas bacterias. La identificación molecular puede completarse 1 o 2 días después del aislado de la bacteria, y puede incluso realizarla personal sin experiencia en biología molecular.
2. Disponibilidad:
A principios de la década de 1990, la disponibilidad de secuenciadores
de ADN en términos de costo, metodologías y tecnología mejoró drásticamente, de
modo que ahora pueden permitirse con más facilidad la realización de este
estudio. Sin
embargo, en México, este tipo de estudios aún es muy complicado de realizar,
pues se necesita de un laboratorio especializado de clase 3, que solo el
Instituto de Diagnóstico y Referencia Epidemiológicos y algunas academias de
investigación tienen (UNAM e IPN). Por lo cual su
costo se eleva y la disponibilidad es baja.
3. GenBank:
Gracias a esta técnica se le puede dar un código a las bacterias
estudiadas y secuenciadas para clasificarlas, con lo cual se pueden crear
flujogramas para saber qué acciones tomar una vez identificada la bacteria, lo
que resultaría en una reducción significativa de tiempo en indicar un
tratamiento adecuado. Este código está guardado en el GenBank (Un banco con los
datos específicos de todas las bacterias conocidas).
GenBank es la
base de datos de secuencias genéticas de los Institutos Nacionales de la Salud (NIH) de USA; una colección de todas las secuencias de ADN y que están disponibles al
público. Es creado y
distribuido por el Centro Nacional de Información Biotecnológica(NCBI).
Conclusión
La identificación precisa de los microorganismos
involucrados en las enfermedades infecciosas es primordial para la
microbiología clínica, ya que puede conducir a tratamientos específicos y
efectivos y ayudar a prevenir la resistencia a antibióticos.
La secuenciación del
16S rRNA constituye un método rápido y eficaz de identificación bacteriana, del
cual puede beneficiarse la microbiología clínica, sobre todo al momento de
encontrarnos con infecciones que no responden a tratamientos empíricos y de las
cuales el agente causal no pudo ser identificado por los métodos
convencionales.
La secuenciación del gen 16S rRNA
tradicionalmente jugó un papel limitado en la identificación de
microorganismos. Sin embargo, la disponibilidad de mejores técnicas y más fáciles
de secuenciación de ADN, bases de datos aumentadas, hace de esta tecnología una
alternativa competitiva a técnicas de identificación microbiana de rutina.
Así, un reto a futuro
para la microbiología clínica es tener disponible la secuenciación del gen 16S
rRNA para los laboratorios de microbiología clínica, incluso para aquellos
laboratorios más pequeños y poder realizar este estudio de rutina.
Lecturas recomendadas
- https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fmed.2018.00205/full
- https://www.ncbi.nlm.nih.gov/genbank/
- https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2808980/
Bibliografía.
- Rodicio, MR & Mendoza, MC.. (2004). Identificación bacteriana mediante secuenciación del ARNr 16S: fundamento, metodología y aplicaciones en microbiología clínica. Departamento de Biología Funcional. Área de Microbiología. Universidad de Oviedo. España., 1, 8.
- Clarridge, JE.. (Octubre, 2004). Impact of 16S rRNA Gene Sequence Analysis for Identification of Bacteria on Clinical Microbiology and Infectious Diseases. CLINICAL MICROBIOLOGY REVIEWS, 17, 23.
- Boudewijns, M., Bakkers, J. M., Sturm, P. D., & Melchers, W. J. (2006). 16S rRNA gene sequencing and the routine clinical microbiology laboratory: a perfect marriage?. Journal of clinical microbiology, 44(9), 3469-70.
- Janda, J. M., & Abbott, S. L. (2007). 16S rRNA gene sequencing for bacterial identification in the diagnostic laboratory: pluses, perils, and pitfalls. Journal of clinical microbiology, 45(9), 2761-4.
- Aguilera, MG, Ostria, ML, Albarrán, E, Juárez, SR, Majalca, C, Rico, B, Ruiz, EA, Ruiz, MS, Morales, MR,&Contreras, A.. (Julio, 2018). Correct Identification of Ochrobactrum anthropi From Blood Culture Using 16rRNA Sequencing: A First Case Report in an Immunocompromised Patient in Mexico. Frontiers in Medicine, 5, 6.
- Benson, D., Karsch-Mizrachi, I., Lipman, D., Ostell, J., & Sayer, E. (2009). GenBank. Disponible en: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2808980/