Nuevos abordajes en la búsqueda de antibióticos

Por Colaborador Invitado, el 24 marzo, 2022. Categoría(s): Biología • Divulgación

Los expertos llevan tiempo alertándolo: muchos antibióticos están dejando de funcionar. De hecho, las «superbacterias» causan ya más de la mitad de las muertes por infecciones clínicas en Europa. Ante esta situación de emergencia, la búsqueda de nuevos antibióticos ha pasado a ser algo prioritario.

¿Qué estrategias se están siguiendo en la actualidad para encontrar y desarrollar nuevos antibióticos? En este artículo explicaremos algunos de los avances y técnicas más novedosas realizadas por investigadores de todo el mundo. ¡Sigue leyendo para saber más!

Un poco de contexto: las superbacterias

El título de bacterias superresistentes, también conocidas como superbacterias, se otorga a las bacterias que son resistentes a los antibióticos utilizados comúnmente en medicina. Esta resistencia es debida a que las bacterias sufren cambios genéticos transmisibles, lo que les permite revertir la acción de los antibióticos y, como consecuencia, nos deja sin armas con las que combatir sus infecciones.

Inicialmente, las bacterias superresistentes se encontraban en ambientes hospitalarios. Ahora, sin embargo, se encuentran en todas partes. Y es que la diseminación de las superbacterias a lo largo del globo terráqueo es inevitable. Un ejemplo de esto sería el Ártico, una de las regiones menos alterada por la actividad humana, en el que un equipo internacional de investigadores identificó ¡131 genes de resistencia a antibióticos! en muestras obtenidas en 20131.

No es de extrañar que ya en el 2016 la Asamblea General de las Naciones Unidas firmara una declaración conjunta con el objetivo de coordinar los esfuerzos mundiales frente a la que consideraban la mayor amenaza sanitaria de este siglo.

Algunas de las causas de la rápida expansión de las superbacterias incluye el seguimiento incorrecto de las pautas de medicación por parte del paciente, el consumo indiscriminado de antibióticos para el tratamiento de enfermedades causadas por virus (gripes) o la presencia de incorrectos sistemas de saneamiento a nivel hospitalario2.

Otro grave problema, sin duda, es la dificultad a la que los científicos se enfrentan en la búsqueda de antibióticos que no hayan sido descritos hasta la fecha, para poder aumentar nuestro «arsenal de armas» contra todos los microorganismos infecciosos que nos rodean.

Estrategias innovadoras en la búsqueda de antibióticos

La naturaleza está repleta de microorganismos, entre los que se incluyen las bacterias. Sin embargo, se estima que menos de un 1% del total de bacterias presentes en el mundo pueden ser cultivadas en los laboratorios a día de hoy. Esto limita enormemente la búsqueda de nuevos compuestos contra muchas de las bacterias resistentes a los antibióticos. De hecho, desde los años 60 son muy pocos los nuevos antibióticos descubiertos y comercializados.

Ante este grave problema, la empresa NovoBiotic Pharmaceuticals, fundada en Cambridge, propuso diseñar una tecnología con la que fuesen capaces de cultivar el 99% de los microorganismos no cultivables hasta la fecha, es decir, todos aquellos que solo pueden crecer en su medio natural. Y así es como surgió el iChip: un dispositivo en miniatura con el que obtener muestras directas de suelos y océanos al permitir el crecimiento de los microorganismos presentes in situ.

El iChip (isolation chip, en español «cápsula de aislamiento») es un dispositivo plástico de pequeño tamaño que dispone de dos cámaras atravesadas por poros.

Dispositivo iChip utilizado en la búsqueda de antibióticos a partir de microorganismos no cultivables en el laboratorio. Fuente: Slava Epstein, uno de los creadores del iChip.

Para su utilización se toma una muestra de suelo y se diluye en agua con agar fundido. El dispositivo se introduce entonces en la muestra diluida, lo que permite que el agar solidifique para que en cada micro-poro del chip crezca en promedio una única bacteria. Finalmente el dispositivo se introduce de nuevo en el lugar de origen de la muestra (como tierra, barro, etc.), de modo que los microorganismos que han sido capturados disponen de todos los factores y sustancias necesarias para poder crecer correctamente en su propio medio natural3.

Además, los investigadores de NovoBiotic han diseñado una versión modificada del sistema iChip que permite la captura específica de hongos y bacterias filamentosas. Estos son considerados los microorganismos más importantes en la producción de metabolitos secundarios, que son compuestos que no cumplen funciones esenciales para el organismo productor pero que le otorgan ventajas competitivas, como es el caso de los antibióticos. De este modo, NovoBiotec ha conseguido crear una colección de microorganismos «no cultivables» de 64000 aislados totales4.

El uso del iChip ha permitido descubrir distintos tipos de antibióticos. El hallazgo más relevante ha sido el de la teixobactina, un antibiótico producido por la bacteria Eleftheria terrae, nunca antes cultivada. La mayor peculiaridad de la teixobactina es que este antibiótico presenta un mecanismo de acción nunca antes descrito y para el que no existen resistencias5. Actualmente, continúan las investigaciones para comprobar su posible aplicación clínica.

La metagenómica para encontrar nuevos antibióticos

La metagenómica se define como el estudio de las comunidades microbianas presentes en los ambientes naturales a partir de la identificación del material genético bacteriano presente en esos entornos. Su desarrollo se ha visto íntimamente ligado al de las nuevas tecnologías de secuenciación masiva (Next Generation Sequencing, NGS), lo que ha permitido secuenciar el genoma (es decir, el conjunto de todos los genes) de cualquier organismo de una forma mucho más sencilla y barata que en el pasado.

La principal ventaja de la metagenómica es que no es necesario cultivar los microorganismos, sino que el objetivo es recopilar la máxima información genética posible de las comunidades microbianas presentes en espacios naturales (suelos, océanos, humedales, etc.) para identificar los genes implicados en la producción de potenciales antibióticos. Por ejemplo, en 2018 un estudio publicado en la revista Natural Microbiology describió el descubrimiento de una nueva familia de antibióticos, a los que llamaron malacidinas, mediante análisis bioinformático de más de 2000 muestras de tierra recogidas a lo largo del territorio norteamericano6.

Algoritmos en la lucha contra las superbacterias

En 2021, la revista Nature Biomedical Engineering publicó un artículo científico en el que se describía la búsqueda de antibióticos a partir de péptidos con actividad antimicrobiana (es decir, con la capacidad de luchar contra bacterias y otros microorganismos) mediante el diseño de un algoritmo que rastrea secuencias de interés en el proteoma (conjunto de proteínas) de los humanos.

Este algoritmo se basa en la longitud, la hidrofobicidad y otras propiedades fisicoquímicas de los péptidos para encontrar y seleccionar aquellos que probablemente presenten actividad antimicrobiana. En total, describieron 2603 péptidos «encriptados» presentes en proteínas con funciones biológicas no relacionadas con el sistema inmune.

En este estudio los investigadores demostraron que varios de los péptidos seleccionados mediante este algoritmo informático eran capaces de matar distintas bacterias patógenas al participar en la ruptura de sus membranas. Asimismo, los péptidos poseían actividad anti-infecciosa (evitaban el desarrollo de la infección bacteriana) en modelos de ratón con abscesos cutáneos e infección muscular7. A pesar de que se tratan de trabajos pre-clínicos, el potencial de los algoritmos en la búsqueda de antibióticos es indudable.

La importancia de la colaboración ciudadana

No solo es necesario desarrollar nuevas técnicas y tencnologías para descubrir y testar antibióticos, sino que es igual de importante concienciar a la sociedad sobre el grave problema al que nos enfrentamos.

Logo de la iniciativa Small World (SWI).

En este sentido, el proyecto de ciencia ciudadana Small World Initiative-SWI y Tiny Earth, conocido como Micromundo Iberia en España, pretende acercar la cultura científica a la sociedad y, en concreto, a los estudiantes de instituto. Con este proyecto los jóvenes, guiados por estudiantes y profesores universitarios, participan en la obtención de muestras ambientales de distintos lugares de su entorno con el objetivo de encontrar y caracterizar antibióticos que no hayan sido descritos todavía. De este modo, es posible generar nuevas vocaciones científicas y concienciar sobre el grave problema de las resistencias a los antibióticos al mismo tiempo que se caracterizan nuevas cepas bacterianas y, quién sabe, quizá se describen nuevos compuestos con capacidad antibacteriana.

El consenso científico es claro: las superbacterias son un problema real al que nos enfrentamos como sociedad. Por tanto, la búsqueda de nuevos compuestos con capacidad de luchar contra las bacterias y, especialmente, contra las «superresistentes», sigue siendo un paso clave para disponer de medicamentos y sobrevivir a heridas e infecciones. Sistemas como el iChip para cultivar y caracterizar bacterias desconocidas presentes en la naturaleza o la aplicación de la bioinformática para buscar «tesoros» entre miles de genes son solamente algunos ejemplos de todo lo que se puede y se podrá hacer para encontrar nuevos antibióticos gracias a las nuevas tecnologías.

 

Este artículo ha sido redactado por el equipo de Microbacterium.es  de forma exclusiva para Naukas. Artículo redactado por Carolina Ropero Pérez y editado por Ana María Mitroi.

Se recomienda también:

  1. https://microbacterium.es/bacteriofagos-alternativa-antibioticos
  2. https://naukas.com/2019/04/22/resistencia-a-antibioticos-un-problema-en-aumento/
  3. https://naukas.com/2017/07/28/llevamos-anos-tomando-mal-los-antibioticos/

Referencias científicas y más información.

  1. McCann, C.M., Christgen, B., Roberts, J.A. et al.(2019). Understanding drivers of antibiotic resistance genes in High Arctic soil ecosystems.  Int. 125, 497–504.
  2. Antibiotic resistance. World Health Organization (WHO). <https://www.who.int/news-room/fact-sheets/detail/antibiotic-resistance>. [consultado en enero 2022]
  3. Berdy, B., Spoering, A., Ling, L. et al.(2017). In situ cultivation of previously uncultivable microorganisms using the ichip. Nat Protoc, 12, 2232–2242.
  4. NovoBiotic Technology for Previously “Unculturable” Organisms. Novobiotic. <https://www.novobiotic.com/the-science> [consultado en enero 2022]
  5. Piddock L. J. (2015). Teixobactin, the first of a new class of antibiotics discovered by iChip technology. The Journal of antimicrobial chemotherapy70(10), 2679–2680.
  6. Hover, B.M., Kim, SH., Katz, M. et al.(2018). Culture-independent discovery of the malacidins as calcium-dependent antibiotics with activity against multidrug-resistant Gram-positive pathogens. Nat Microbiol, 3, 415–422.
  7. Microbacterium [Internet]. ¿Qué es la fagoterapia? Resistencia a los antibióticos.Disponible en https://microbacterium.es/que-es-la-fagoterapia-resistencia-antibiotica 
  8. Torres, M.D.T., Melo, M.C.R., Crescenzi, O. et al. (2021). Mining for encrypted peptide antibiotics in the human proteome. Nat Biomed Eng.


Por Colaborador Invitado, publicado el 24 marzo, 2022
Categoría(s): Biología • Divulgación