O que não me mata me faz mais forte? – Resistência, seleção e mutação em bactérias

Estava eu lendo o último livro de Richard Dawkins  – “O maior espetáculo da Terra” (leia a resenha feita pelo Luis Bento, do “Discutindo Ecologia”, aqui) – quando me deparei com o seguinte trecho na página 130:

“Causou-me certa irritação ler um folheto, no consultório do meu médico, alertando sobre o perigo de parar de tomar comprimidos de antibiótico antes do tempo prescrito. Não há nada de errado no aviso em si, mas a justificativa apresentada preocupou-me. O folheto explica que as bactérias são ‘espertas’ e ‘aprendem’ a lidar com antibióticos. Presumivelmente os autores acharam que o fenômeno da resistência aos antibióticos seria mais fácil de entender se eles o chamassem de aprendizado em vez de seleção natural. Mas falar em esperteza e aprendizado para bactérias é confundir o público, e sobretudo não ajuda o paciente a compreender por que ele deve seguir a instrução de continuar tomando comprimidos até o fim. […] Se entre as bactérias houver variação genética que torne algumas mais suscetíveis ao antibiótico do que outras, uma dose intermediária será sob medida para uma seleção benéfica aos genes que favorecem a resistência.”.

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Esse trecho me fez lembrar de uma questão do Vestibular-2008 da UFMG, que trata justamente da questão da resistência das bactérias aos antibióticos. Resolvi, então, fazer uma série sobre resistência a antibacterianos; mas a falta de tempo que cai sobre mim este semestre tem me impedido de fazê-la. Porém, consegui fazer este post comentando alguns aspectos da questão a que me referi.
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Uma propriedade muito legal nas bactérias é sua capacidade de reprodução [assexuada– por fissão binária] extremamente rápida, atingindo populações extremamente numerosas em um tempo relativamente curto. Isso ocorre pois, além do curto tempo de geração (alguns minutos ou horas, geralmente), o crescimento é exponencial, onde uma bactéria origina sempre duas, e assim por diante. Dessa forma, em 8 gerações, a partir de uma única bactéria obteríamos 256 células (1 -> 2 -> 4 -> 8 -> 16 -> 32 -> 64 ->128 ->256…). Se o tempo necessário para a bactéria se dividir for de 30 minutos, essa quantidade seria obtida após 4 horas apenas…
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Saiba, porém, que quando vamos fazer uma cultura de bactérias, não colocamos apenas 1 célula, mas várias. E com essa multiplicação exponencial, após 24 horas, em um tubo de ensaio com 5 mL de meio de cultura líquido, conseguimos quantidades enormes como 5 bilhões de bactérias (cerca de 1 bilhão [10⁹] de bactérias por mL). Impressionante, não?!

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É essa multiplicação rápida e constante permite não só a obtenção de muitos indivíduos em pouco tempo, mas também nos permite visualizar o processo de seleção natural mais facilmente do que em organismos que possuam uma reprodução mais lenta. E uma das formas mais comentadas de seleção em bactérias diz respeito à resistencia à antibacterianos/antibióticos.
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Abaixo, figura (do vestibular UFMG/2008), mostra bem a visão que normalmente se cria na população quando o assunto é resistência à antibióticos. Ela retoma bem o exemplo de Dawkins reproduzido acima. Segundo aquele exemplo, poderíamos interpretar a figura (INCORRETAMENTE – vale ressaltar) como uma população de bactérias que era sensível ao antibiótico ampicilina, até que, após a introdução do antibiótico, as bactérias usaram da sua esperteza para aprenderem a se tornarem resistentes ao antibiótico. Essa ideia retoma a ideia Lamarckista de evolução, no qual a evolução depende da vontade do organismo, levando-o à perfeição.
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A próxima figura (também do vestibular UFMG/2008), nos mostra uma visão mais realista do que acontece. A partir de uma população inicial, surgiu ali uma mutação que tornou parte das bactérias resistente ao antibiótico. Isso não conferiu, necessariamente, vantagem evolutiva para essas mutantes no período anterior à introdução da ampicilina – ou seja, elas se multiplicavam e  conviviam com as não-resistentes… Foi então que o uso do antibiótico eliminou as bactérias sensíveis da população, garantindo vantagem reprodutiva para as bactérias resistentes. Essas, então, foram selecionadas, e passaram a reproduzir. A partir de então, a população das bactérias é constituída apenas de bactérias resistentes ao antibiótico.
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Falei ali no parágrafo acima que a bactéria tornou-se resistente porque sofreu uma mutação. Quando falamos em mutação temos que lembrar que este é um evento raro. A probabilidade “normal” de uma mutação ocorrer espontaneamente em um determinado gene de E. coli é de cerca 1 em 10 milhões (1×10^-7) por divisão celular. Se considerarmos as cerca de 2×10¹⁰ novas células de E. coli que surgem a cada dia no intestino de uma pessoa, existirão cerca de (1×10^-7) X (2×10¹⁰) = 2.000 bactérias com uma mutação neste gene. O número total de mutações quando todos os 4.300 genes de E.coli são considerados é de cerca de 2.000 X 4.300 = 9 milhões por dia em cada hospedeiro humano.

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Neste tubo de ensaio temos uma cultura de 6,5 mL de bactérias, logo temos cerca de 6.500.000.000 bactérias (6,5 bilhões é um número razoavelmente próximo do número de humanos no nosso planeta que deve estar próximo dos 7 bilhões). É como se neste tubo inteiro, apenas 650 bactérias tivessem a mutação em um determinado gene (considerando a taxa de 1/10 milhões).
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É obvio que no tubo existem diversas outras mutações, algumas com taxas um pouco maiores e outras, menores. Mas o que é importante notar é que esse evento é RARO, inclusive nas bactérias. O que acontece é que em pouco tempo conseguimos um grande número de gerações. Assim, o que na população humana (que tem gerações de ~25 anos) demoraria muitos e muitos anos para acontecer, acontece nos procariotos em um tempo muito curto.

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Veja este vídeo produzido na UFMG sobre resistência bacteriana a antibióticos.

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SAIBA MAIS

http://student.ccbcmd.edu/courses/bio141/lecguide/unit2/control/mutate.html

Madigan MT, Martinko JM, Dunlap PV, Clark DP (2010) Microbiologia de Brock. 12 ed. Porto Alegre: Artmed

Brooks GF, Carroll KC, Butel JS, Morse AS (2009) Jawetz, Melnick e Adelberg: Microbiologia Médica. 24 ed. Rio de Janeiro: McGraw-Hill/Artmed

Campbell NA, Reece JB et al. (2010) Biologia. 8 ed. Porto Alegre: Artmed