Susceptibilidad antimicrobiana por RMN

La Resonancia Magnética Nuclear (RMN) en los últimos años se está convirtiendo en una herramienta totalmente multidisciplinar, más allá de sus primeros usos en los laboratorios de Química Sintética de todo el mundo. En el primer post de este blog ya hablé del empleo de la RMN en el mundo de la Enología y el seguimiento de diferentes compuestos de interés en los procesos de fermentación del vino. Sí todo va bien, este post tendrá sus extensiones. Pero ahora me quiero centrar en el empleo de la RMN en otro campo bien diferente. El de la Medicina. Diréis, -anda, que descubre éste, pero si la Resonancia Magnética ha sido y es empleada diariamente en medicina-. Efectivamente, la Resonancia Magnética de Imagen. La que permite, en función del tipo de tejido que se observa, obtener imágenes de una cada vez más perfecta resolución, de por ejemplo, una lesión de rodilla.

Equipo de RMN de la Universidad de La Rioja.

Pero en este caso me estoy refiriendo a la espectroscopia de Resonancia Magnética Nuclear, que no nos ofrece una imagen, sino un espectro de señales difícil de interpretar, a priori, para un profano y que se relacionan con diferentes compuestos. La naciente disciplina científica que es la metabolómica hace uso, entre otras herramientas, de la RMN. Cada ser vivo es una fabrica de multitud de compuestos químicos. Como estos compuestos se producen en rutas metabólicas (conjunto de reacciones químicas que se producen en un ser vivo) los denominamos metabolitos. Cualquier pequeña variación en la concentración de esos metabolitos en un determinado ser vivo puede deberse a una disfunción y por tanto a una enfermedad del mismo. De ahí la importancia de la RMN en metabolómica para poder detectar estos compuestos y sus variaciones de concentración en sencillos experimentos. Así se podría llegar, por ejemplo, a diagnosticar con suficiente tiempo una determinada enfermedad.

Bien, pues las bacterias como por ejemplo las Escherichia Coli, también generan sus metabolitos cuando están en un medio de cultivo. Con estas premisas, y con nuestra experiencia en el seguimiento de diferentes procesos en el vino mediante RMN, a iniciativa del grupo de Enfermedades Infecciosas del Doctor José Antonio Oteo del CIBIR, nos pusimos a trabajar en la posibilidad de medir la actividad antimicrobiana de diversos antibióticos.

Teníamos que ser capaces de medir la cantidad mínima de antibiótico que conseguía parar o inhibir la actividad de la bacteria correspondiente. Para ello en el CIBIR se realizaron los cultivos convenientes con las dosis de antibiótico precisas para el estudio y se prepararon para introducir el medio en la RMN. Está técnica necesita poca cantidad de muestra, unos 0.6 mL y además, y es una de las cosas más importantes, no destruye la misma.

Las muestras preparadas e introducidas en unos tubos específicos para la RMN se llevaron a los laboratorios de RMN de la Universidad de La Rioja. Trabajando con muestras sin antibiótico se observa claramente diversos metabolitos que son producidos por la actividad de la bacteria. Uno de los más característicos es el etanol.  Estas señales se ven muy fácilmente por RMN tal y como muestro en la figura. También se detectan fácilmente el ácido acético y el ácido succínico. El tiempo del experimento optimizado puede durar no más de dos minutos. Posteriormente se realizan los experimentos con las muestras tratadas con diversas cantidades de antibiótico. Cuando la cantidad de antibiótico es suficiente para inhibir la actividad de la bacteria, los metabolitos que antes se generaban ahora no aparecen. Ya no se ve la señal de etanol. Así de fácil.

Espectros de cultivos bacterianos con diferentes cantidades de antibiótico. Fuente propia.

Atendiendo al humor gráfico del excelente Tris (periodista gráfico del Diario La Rioja) podíamos decir que las lagrimas que detectamos al poner la película Bambi a las bacterias son de etanol. También hay otros compuestos que utilizamos como marcadores pero al revés, son consumidos por las bacterias y cuando éstas están en presencia de la suficiente cantidad de antibiótico no se generan al estar inhibido su crecimiento. Entre estos compuestos está el aminoácido treonina.

Humor gráfico de Tris publicado en Diario La Rioja. 

Estos estudios han dado lugar de momento a una patente recientemente concedida y a un artículo en la revista internacional Future Microbiology. Tiene que ser un orgullo para el Gobierno de La Rioja que dos instituciones públicas de investigación como son el CIBIR y la Universidad de La Rioja sustentadas con fondos públicos colaboren y logren estos resultados. Así se tiene que ver para el beneficio de la sociedad riojana. Por último me he atrevido a realizar una modificación de la viñeta de Tris para hacerla un poco más realista ;-)

Humor gráfico de Tris con el logo de la otra institución partícipe del estudio.

Este post participa en el XXVII Carnaval de Química, que se aloja en el blog Educación Química de Bernardo Herradón @QuimicaSociedad