Nuevas técnicas para la detección de bacterias multirresistentes: revisión y propuesta de implementación en microbiología clínica

AUTORES

1. Jorge Bárcena Ferruz. Técnico Superior de Laboratorio Sistema Aragonés de Salud, Zaragoza, España.
2. María Paz Arroyo Clemente. Enfermera del Sistema Aragonés de Salud, Zaragoza, España.
3. Irene Arner Dobón. Enfermera del Sistema Aragonés de Salud, Zaragoza, España.
4. Ylenia Caballero Casanova. Enfermera del Sistema Aragonés de Salud, Zaragoza, España.
5. Susana Serrano Gaspar. Enfermera del Sistema Aragonés de Salud, Zaragoza, España.
6. Mario Soro Arroyo. ⁠Técnico en Imagen para Diagnóstico y Medicina Nuclear del Sistema Aragonés de Salud. Aragón, España.

RESUMEN

La resistencia bacteriana a los antimicrobianos constituye una de las principales amenazas para la salud pública mundial, con una mortalidad asociada que supera los 4,7 millones de muertes anuales. La detección temprana y precisa de los mecanismos de resistencia resulta esencial para instaurar un tratamiento antibiótico dirigido, implementar medidas de control de la infección y optimizar los programas de uso prudente de antimicrobianos. Los métodos convencionales basados en cultivo y antibiograma fenotípico, aunque siguen siendo el patrón de referencia, requieren entre 48 y 72 horas desde la toma de la muestra hasta la emisión del resultado. En las últimas décadas han emergido nuevas tecnologías que acortan significativamente este tiempo. Entre ellas destacan la espectrometría de masas MALDI-TOF para la identificación bacteriana y detección de carbapenemasas; los paneles sindrómicos de PCR multiplex que detectan simultáneamente patógenos y genes de resistencia; las pruebas inmunocromatográficas de flujo lateral; los métodos de amplificación isotérmica como LAMP; las pruebas fenotípicas rápidas de sensibilidad antimicrobiana directa desde hemocultivo positivo; la secuenciación genómica completa y la metagenómica; así como los sistemas basados en CRISPR-Cas y los biosensores electroquímicos. El presente trabajo plantea una revisión narrativa de estas tecnologías, evaluando sus fundamentos, ventajas, limitaciones y grado de implementación en el laboratorio clínico. Asimismo, se propone un algoritmo de uso integrado que combina técnicas moleculares, fenotípicas y de espectrometría según el contexto clínico y el tipo de muestra, con el objetivo de acortar el tiempo hasta el resultado y mejorar los desenlaces clínicos de los pacientes con infecciones por bacterias multirresistentes.

PALABRAS CLAVE

Farmacorresistencia bacteriana múltiple, técnicas de diagnóstico molecular, pruebas de sensibilidad microbiana, reacción en cadena de la polimerasa, espectrometría de masas, técnicas de biosensado.

ABSTRACT

Bacterial resistance to antimicrobials represents one of the main threats to global public health, with an associated mortality exceeding 4.7 million deaths annually. Early and accurate detection of resistance mechanisms is essential to initiate targeted antibiotic therapy, implement infection control measures, and optimize antimicrobial stewardship programs. Conventional culture-based methods and phenotypic antimicrobial susceptibility testing, although still the gold standard, require 48 to 72 hours from sample collection to result reporting. In recent decades, new technologies have emerged that significantly shorten this turnaround time. These include MALDI-TOF mass spectrometry for bacterial identification and carbapenemase detection; multiplex PCR syndromic panels that simultaneously detect pathogens and resistance genes; lateral flow immunochromatographic assays; isothermal amplification methods such as LAMP; rapid phenotypic antimicrobial susceptibility testing direct from positive blood cultures; whole genome sequencing and metagenomics; as well as CRISPR-Cas-based systems and electrochemical biosensors. This article presents a narrative review of these technologies, evaluating their principles, advantages, limitations, and degree of implementation in the clinical laboratory. Furthermore, an integrated algorithm combining molecular, phenotypic, and mass spectrometry techniques according to the clinical context and sample type is proposed, aiming to reduce turnaround time and improve clinical outcomes in patients with multidrug-resistant bacterial infections.

KEY WORDS

Drug resistance, multiple, bacterial, molecular diagnostic techniques, microbial sensitivity tests, polymerase chain reaction, mass spectrometry, biosensing techniques.

INTRODUCCIÓN

La resistencia a los antimicrobianos constituye una de las mayores amenazas para la salud pública a nivel mundial. Según el análisis sistemático más reciente del Global Burden of Disease, se estimaron 4,71 millones de muertes asociadas a resistencia bacteriana en 2021, con una proyección acumulada de 39 millones de muertes entre 2025 y 2050¹. La Organización Mundial de la Salud (OMS) ha elaborado la Lista de Patógenos Bacterianos Prioritarios 2024, que clasifica los patógenos resistentes en categorías de prioridad crítica, alta y media para guiar la investigación, el desarrollo y las estrategias de salud pública². A nivel europeo, el Centro Europeo para la Prevención y el Control de Enfermedades (ECDC) reporta en su vigilancia anual que la resistencia combinada a fluoroquinolonas, cefalosporinas de tercera generación y aminoglucósidos en Enterobacterales es elevada en varios países de la Unión Europea³.

El impacto clínico de la resistencia bacteriana se manifiesta de manera especialmente grave en pacientes con sepsis. Diversos estudios han demostrado que la administración temprana de antibióticos eficaces, dentro de la primera hora tras el reconocimiento del cuadro séptico, reduce significativamente la mortalidad⁴. Sin embargo, la elección del tratamiento empírico adecuado se ve limitada por la demora en la identificación del patógeno y la determinación de su perfil de sensibilidad. Los métodos convencionales, basados en cultivo bacteriano y pruebas fenotípicas de sensibilidad antimicrobiana (AST), requieren entre 48 y 72 horas desde la recepción de la muestra hasta la emisión del resultado, lo que obliga al uso prolongado de antibióticos de amplio espectro con el consiguiente riesgo de selección de resistencias y efectos adversos⁵.

En este contexto, el desarrollo de pruebas diagnósticas rápidas ha cobrado un papel fundamental. Los sistemas de detección independientes de cultivo, que incluyen técnicas moleculares, inmunocromatográficas, de espectrometría de masas y de secuenciación genómica, permiten acortar de manera notable el tiempo hasta el resultado⁶. La integración de estas tecnologías en los laboratorios de microbiología clínica no solo facilita la instauración temprana de tratamiento dirigido, sino que también contribuye a los programas de stewardship antimicrobiano y al control epidemiológico de brotes hospitalarios por microorganismos multirresistentes.

El presente artículo revisa las principales técnicas emergentes para la detección de bacterias multirresistentes, evaluando sus fundamentos tecnológicos, ventajas, limitaciones y grado de implementación en la práctica clínica. Asimismo, se plantea una propuesta de algoritmo integrado que orienta el uso racional de estas herramientas según el contexto clínico y el tipo de muestra, con el fin de optimizar el abordaje diagnóstico-terapéutico de las infecciones por bacterias multirresistentes.

OBJETIVOS

Los objetivos del presente trabajo son: revisar de manera narrativa las principales técnicas emergentes para la detección rápida de bacterias multirresistentes, incluyendo espectrometría de masas MALDI-TOF, PCR multiplex y paneles sindrómicos, inmunocromatografía de flujo lateral, amplificación isotérmica, pruebas fenotípicas rápidas de sensibilidad antimicrobiana, secuenciación genómica completa, metagenómica, sistemas CRISPR-Cas y biosensores; evaluar las ventajas, limitaciones y el grado de implementación de cada tecnología en el laboratorio de microbiología clínica; y proponer un algoritmo de uso integrado que combine las distintas herramientas diagnósticas según el contexto clínico y el tipo de muestra, con el fin de acortar el tiempo hasta el resultado y mejorar los desenlaces clínicos de los pacientes.

METODOLOGÍA

El presente trabajo se plantea como una revisión narrativa con propuesta de implementación clínica. Se diseñó una estrategia de búsqueda en la base de datos PubMed/MEDLINE, utilizando los siguientes términos MeSH (Medical Subject Headings): «Drug Resistance, Multiple, Bacterial», «Molecular Diagnostic Techniques», «Microbial Sensitivity Tests», «Polymerase Chain Reaction», «Mass Spectrometry» y «Biosensing Techniques». La búsqueda se complementó con términos libres relacionados con técnicas específicas (MALDI-TOF, CRISPR-Cas, nanopore sequencing, LAMP, lateral flow, metagenomics) combinados con «antimicrobial resistance» y «rapid detection».

El periodo de búsqueda abarcó desde 2013 hasta 2025, priorizando publicaciones de los últimos cinco años y artículos de revisión sistemática, metaanálisis y estudios de evaluación diagnóstica. Se incluyeron artículos en inglés y español que describieran o evaluaran técnicas de detección rápida de bacterias multirresistentes en el ámbito clínico. Se excluyeron estudios puramente preclínicos sin proyección inmediata hacia la práctica clínica, excepto cuando representaban la única evidencia disponible para técnicas emergentes como CRISPR-Cas o biosensores. La selección de artículos se realizó siguiendo los principios de transparencia y reproducibilidad descritos en la declaración PRISMA 2020⁷.

De cada tecnología incluida se extrajeron los siguientes datos: principio tecnológico, mecanismos de resistencia detectables, tipo de muestra aplicable, tiempo de respuesta (turnaround time), sensibilidad y especificidad, ventajas, limitaciones y grado de implementación en el laboratorio clínico. La información se organizó en una matriz comparativa que se presenta en el Anexo I, y se elaboró un algoritmo de uso clínico propuesto según contexto y tipo de muestra (Anexo II).

RESULTADOS

La espectrometría de masas MALDI-TOF (Matrix-Assisted Laser Desorption/Ionization Time-of-Flight) se ha consolidado como el método de referencia para la identificación rápida de bacterias y levaduras en el laboratorio de microbiología clínica. Su fundamento consiste en la ionización de proteínas ribosomales bacterianas mediante un láser, generando un espectro de masas característico que se compara con una base de datos para la identificación de especie. El procedimiento se realiza directamente desde colonia bacteriana en minutos, y existen protocolos para su aplicación directa desde hemocultivo positivo, reduciendo el tiempo de identificación de 24-48 horas a menos de una hora.

Más allá de la identificación de especie, MALDI-TOF ha evolucionado para la detección de mecanismos de resistencia, especialmente carbapenemasas. El ensayo MBT STAR-Carba IVD (Bruker Daltonics) detecta la hidrólisis del imipenemo por carbapenemasas mediante la monitorización espectrométrica de la degradación del antibiótico, con elevadas sensibilidades para las principales clases de carbapenemasas (KPC, NDM, VIM, IMP y OXA-48)^8,9. Este enfoque permite la detección de la actividad enzimática funcional y no únicamente la presencia del gen, lo que constituye una ventaja respecto a los métodos moleculares. La prueba Carba NP, basada en la detección colorimétrica de la hidrólisis del imipenemo por cambios de pH, representa una alternativa sencilla y económica para la confirmación fenotípica de carbapenemasas, con una sensibilidad global elevada¹⁰.

La reacción en cadena de la polimerasa (PCR) en sus modalidades de PCR a tiempo real y PCR multiplex constituye una herramienta fundamental para la detección directa de genes de resistencia. Se han desarrollado paneles multiplex que detectan simultáneamente los principales genes de resistencia a carbapenémicos como blaKPC, blaNDM, blaVIM, blaIMP y blaOXA-48-like, con resultados disponibles en menos de dos horas directamente desde cultivo o muestra clínica¹¹. La principal ventaja de la PCR multiplex es su rapidez y alta sensibilidad, aunque su limitación reside en que únicamente detecta los genes incluidos en el panel, sin información sobre la expresión funcional ni la sensibilidad fenotípica.

Los paneles sindrómicos representan una evolución de la PCR multiplex. Plataformas como BioFire FilmArray Blood Culture Identification (BCID) permiten la detección simultánea de patógenos y genes de resistencia directamente desde hemocultivo positivo en aproximadamente una hora. El panel BCID incluye detección de patógenos grampositivos, gramnegativos, levaduras y marcadores de resistencia como mecA, vanA/B, blaKPC, blaCTX-M, blaNDM, blaOXA-48, blaVIM, blaIMP y blaCMY¹². Estos paneles han demostrado un impacto significativo en la reducción del tiempo hasta el tratamiento dirigido y en la optimización del uso de antibióticos, particularmente en pacientes con sepsis y bacteriemia^5,13.

Las pruebas inmunocromatográficas de flujo lateral constituyen una alternativa rápida, sencilla y económica para la detección de carbapenemasas específicas. Estos ensayos emplean anticuerpos monoclonales dirigidos contra las principales clases de carbapenemasas (KPC, NDM, VIM, IMP y OXA-48) y proporcionan resultados en 10-15 minutos directamente desde colonia bacteriana o hemocultivo positivo. Diversos estudios han evaluado su rendimiento, reportando altas sensibilidades y especificidades para las clases más prevalentes^13,14. Su simplicidad operativa, ausencia de equipamiento complejo y bajo coste las convierten en una herramienta especialmente útil en laboratorios con recursos limitados o como prueba de confirmación rápida tras la detección de un aislado productor de carbapenemasa.

La amplificación isotérmica mediada por bucle (LAMP, Loop-Mediated Isothermal Amplification) es una técnica molecular que amplifica ADN a temperatura constante (60-65 grados Celsius), eliminando la necesidad de un termociclador. Esta característica la hace especialmente atractiva para su implementación en laboratorios con infraestructura limitada o como prueba en el punto de asistencia. Se han desarrollado ensayos LAMP para la detección de genes de resistencia en Escherichia coli y otros patógenos, con tiempos de resultado inferiores a una hora y sensibilidades comparables a la PCR convencional¹⁵. Su principal limitación reside en la dificultad de diseñar ensayos multiplex y en el riesgo de contaminación por amplificación en entornos abiertos.

Las pruebas fenotípicas rápidas de sensibilidad antimicrobiana (AST) constituyen un área de desarrollo especialmente relevante, ya que proporcionan información sobre el fenotipo de resistencia (es decir, la capacidad real del microorganismo para crecer en presencia del antibiótico) y no únicamente sobre la presencia de genes específicos. Las tecnologías emergentes en este campo incluyen sistemas automatizados con detección óptica o electroquímica del crecimiento bacteriano, microfluídica y técnicas de imagen de alta resolución. Algunas de estas plataformas permiten realizar AST directamente desde hemocultivo positivo, reduciendo el tiempo de resultado de 48-72 horas a 4-8 horas^16,17. Un metaanálisis reciente demostró que la implementación de métodos rápidos de AST se asocia con una reducción significativa del tiempo hasta el resultado y una mejora en los desenlaces clínicos de pacientes con bacteriemia^5,18.

Entre las plataformas más destacadas se encuentran los sistemas basados en dispersión de luz como Alfred 60 AST (Alifax), que permite AST directamente desde hemocultivo positivo en aproximadamente 5 horas, y los sistemas de microdilución acelerada. La revisión de Reszetnik et al. recopila las tecnologías de nueva generación para AST fenotípica, incluyendo dispositivos microfluídicos y de imagen cuantitativa, que permiten detectar crecimiento bacteriano a nivel de célula individual en tiempo real¹⁶.

La secuenciación genómica completa (WGS, Whole Genome Sequencing) permite caracterizar la totalidad del genoma bacteriano, identificando todos los genes de resistencia conocidos (resistoma), elementos genéticos móviles y relaciones epidemiológicas entre aislados. Su aplicación en microbiología clínica incluye la vigilancia de brotes hospitalarios, la detección de mecanismos de resistencia novedosos y la epidemiología molecular. Matsumura et al. revisan de manera exhaustiva la integración de WGS en la vigilancia de resistencia antimicrobiana, destacando los desafíos metodológicos y la necesidad de estandarización bioinformática¹⁹.

La tecnología de secuenciación de nanoporos (Oxford Nanopore Technologies) ha introducido una nueva dimensión en la secuenciación clínica, al permitir la generación de reads largos en tiempo real con un equipamiento de bajo coste (MinION). Ferreira et al. desarrollaron un protocolo de secuenciación rápida por nanoporos para bacterias resistentes, con resultados en menos de 24 horas, útil para vigilancia e investigación de brotes²⁰. Neuenschwander et al. evaluaron los flujos de trabajo de nanoporos para epidemiología genómica de brotes bacterianos en el ámbito clínico, demostrando su validez para la trazabilidad precisa de brotes²¹. Asimismo, Avershina et al. demostraron que la plataforma Flongle de Oxford Nanopore permite la identificación de patógenos y detección de genes de resistencia directamente desde hemocultivos de forma ultra rápida y económica²².

La metagenómica clínica, o secuenciación metagenómica de nueva generación (mNGS), permite la detección directa de patógenos y genes de resistencia a partir de muestras clínicas complejas sin necesidad de cultivo previo. Esta aproximación es especialmente prometedora para muestras en las que el cultivo convencional tiene baja sensibilidad, como líquido cefalorraquídeo, biopsias tisulares o secreciones respiratorias. Gan et al. evaluaron la predicción de resistencia antimicrobiana mediante metagenómica clínica en pacientes pediátricos con neumonía grave, encontrando una concordancia global elevada con los métodos convencionales²³. Las principales limitaciones de la metagenómica incluyen su elevado coste, la necesidad de infraestructura bioinformática especializada, la dificultad para distinguir patógenos de contaminantes ambientales y la ausencia de información sobre la expresión funcional de los genes detectados.

Los sistemas CRISPR-Cas (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats) han emergido como una plataforma diagnóstica de gran potencial. Las nucleasas Cas12 y Cas13, tras ser activadas por la unión a secuencias diana específicas, desarrollan una actividad de corte colateral inespecífica que puede ser detectada mediante sondas de fluorescencia, generando una señal amplificada. Wu et al. revisan los sistemas CRISPR-Cas diseñados para la detección y control de infecciones resistentes, destacando su alta especificidad, rapidez y potencial para integrarse en dispositivos de diagnóstico en el punto de asistencia²⁴. Zhang et al. describen la utilización de la tecnología CRISPR para la detección de genes de resistencia, con sensibilidades en el rango de attomolar y tiempos de resultado inferiores a una hora²⁵.

A pesar de su gran potencial, los sistemas CRISPR-Cas para diagnóstico de resistencia bacteriana se encuentran aún en fase de desarrollo preclínico o de evaluación temprana, sin implementación generalizada en el laboratorio clínico. Los principales desafíos para su traslación clínica incluyen la necesidad de protocolos estandarizados de extracción de ácidos nucleicos, la validación en muestras clínicas complejas y la disponibilidad comercial de kits diagnósticos certificados.

Los biosensores representan otra categoría emergente de tecnologías diagnósticas para la detección de bacterias multirresistentes. Estos dispositivos combinan un elemento de biorreconocimiento (anticuerpos, aptámeros, ácidos nucleicos o enzimas) con un transductor que convierte la interacción biológica en una señal medible (electroquímica, óptica o piezoeléctrica). Rastmanesh et al. revisan los biosensores desarrollados para la detección rápida de bacterias multirresistentes, extensamente resistentes (XDR) y panresistentes (PDR), destacando su potencial para la detección en el punto de asistencia²⁶. Ardah et al. describen los biosensores electroquímicos como alternativas emergentes para la detección rápida de bacterias resistentes a antibióticos, con límites de detección en el rango de UFC/mL y tiempos de resultado inferiores a 30 minutos²⁷.

Al igual que los sistemas CRISPR-Cas, los biosensores se encuentran principalmente en fase de desarrollo y validación preclínica. Su traslación a la práctica clínica requiere estudios de evaluación diagnóstica en muestras clínicas reales, estandarización de protocolos y demostración de coste-efectividad frente a las tecnologías ya instauradas en el laboratorio. Patnaik et al. y Ma et al. ofrecen revisiones comprehensivas de las plataformas analíticas y moleculares para la detección y vigilancia de la resistencia antimicrobiana, proporcionando una visión integrada del estado actual del campo^28,29.

A partir de la revisión realizada, se propone un algoritmo de uso integrado de las distintas tecnologías según el contexto clínico y el tipo de muestra, que se detalla en el Anexo II. En pacientes con sepsis y hemocultivo positivo, se recomienda la identificación rápida por MALDI-TOF directo y la detección de genes de resistencia mediante panel sindrómico (BCID) o PCR multiplex de carbapenemasas. En aislados productores de carbapenemasa confirmados, la tipificación específica puede realizarse mediante inmunocromatografía de flujo lateral. En el ámbito del control epidemiológico y de brotes hospitalarios, la secuenciación genómica completa con tecnología de nanoporos ofrece la mayor resolución para la trazabilidad de transmisión. Para muestras estériles con cultivo negativo o en pacientes con sospecha de infección de difícil diagnóstico, la metagenómica clínica puede considerarse como herramienta complementaria. Las técnicas emergentes como CRISPR-Cas y biosensores, una vez validadas, podrían incorporarse como pruebas en el punto de asistencia en escenarios de recursos limitados.

Es importante señalar que ninguna de estas técnicas rápidas sustituye por completo al cultivo y antibiograma fenotípico convencional, que siguen siendo necesarios para la confirmación definitiva del perfil de sensibilidad, la detección de mecanismos novedosos no incluidos en los paneles moleculares y la realización de estudios epidemiológicos. La estrategia óptima consiste en una aproximación escalonada que integra técnicas rápidas para la toma de decisiones tempranas y métodos convencionales para la confirmación y caracterización completa.

Entre las limitaciones del presente trabajo cabe señalar su carácter de revisión narrativa, sin un protocolo sistemático de selección de estudios ni metaanálisis cuantitativo de la precisión diagnóstica de cada técnica. La rapidez con la que evoluciona este campo hace recomendable la actualización periódica de la evidencia. Asimismo, la implementación local de cada tecnología debe considerar factores como la carga epidemiológica de resistencia del centro, la disponibilidad de equipamiento, el coste por prueba y la integración con los sistemas de información del laboratorio.

CONCLUSIONES

En conclusión, las nuevas técnicas de detección de bacterias multirresistentes representan un avance sustancial en la rapidez del diagnóstico microbiológico. La integración racional de estas herramientas en el laboratorio clínico, guiada por un algoritmo basado en el contexto clínico y el tipo de muestra, puede reducir de manera significativa el tiempo hasta el resultado, optimizar el tratamiento antibiótico y mejorar los desenlaces de los pacientes con infecciones por bacterias multirresistentes. La validación local, la formación del personal y la evaluación continua de la coste-efectividad son elementos imprescindibles para una implementación exitosa.

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Anexo I. Tabla comparativa de técnicas diagnósticas para la detección de bacterias multirresistentes

Anexo II. Algoritmo propuesto de uso integrado de técnicas diagnósticas según contexto clínico