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Antibióticos que se esconden en ciertas proteínas. El trabajo de César de la Fuente, un español, cambia la manera en que entendemos cómo responde el cuerpo a las infecciones y abre nuevas posibilidades para combatir microbios resistentes a los medicamentos.
¿Cómo funcionan los antibióticos en las proteínas?
Las principales proteínas del sistema inmunitario son los anticuerpos, que combaten agentes extraños como virus y bacterias, y las citoquinas, que ayudan a regular la respuesta y comunicación entre las células. El sistema de defensa del cuerpo contra las infecciones, que ha sido la principal causa de muerte en la historia de la humanidad antes de la invención de los antibióticos, ha revelado la presencia de un nuevo actor desconocido hasta ahora que ofrece una nueva perspectiva sobre la protección del organismo.
Un estudio realizado por el Machine Biology Group de la Universidad de Pensilvania, liderado por César de la Fuente, identificó una nueva clase de agentes antimicrobianos, llamados péptidos encriptados, presentes en diversas moléculas del cuerpo humano, incluyendo los ojos. Hoy se publica su investigación en Trends in Biotechnology, de Cell Press. Con este trabajo, el equipo de De la Fuente ha logrado descifrar uno de los enigmas del proteoma humano, que es el conjunto de proteínas presente en una persona. En moléculas que realizan funciones específicas en varios sistemas del cuerpo, como el nervioso, cardiovascular o digestivo, se descubrieron cadenas de aminoácidos (péptidos) cuya función se desconocía.
El biotecnólogo explica que los péptidos encriptados se encuentran ocultos en proteínas que nunca hubiéramos imaginado que pudieran tener una función en el sistema inmune. Después de dos años de investigación, el equipo encontró que la mayoría de los péptidos analizados procedentes de varias partes del cuerpo, incluyendo los ojos, están en proteínas que no se habían relacionado antes con la protección del cuerpo contra enfermedades. El investigador está comparando estos péptidos encriptados con lo que se creía anteriormente que era ADN basura. Se pensaba que estas secuencias genéticas no tenían ninguna utilidad, pero investigaciones más recientes han descubierto funciones que no se habían reconocido previamente.
Antibióticos en el sistema imunológico
Los péptidos encriptados son componentes de proteínas que desempeñan funciones importantes en diversos sistemas corporales. El investigador explica que las cadenas de aminoácidos también tienen una función antimicrobiana y ayudan a regular la respuesta inmunitaria. Se llama “hipótesis de comunicación cruzada” cuando proteínas de otros sistemas del cuerpo interactúan con el sistema inmunológico para ayudar a proteger al organismo. El equipo considera que la mayoría de los péptidos encriptados responden rápidamente a las invasiones bacterianas, actuando como primera barrera de defensa contra el patógeno.
La labor antimicrobiana directa consiste en debilitar al microbio destruyendo su membrana, dejándolo sin protección. La siguiente acción es estimular o activar la respuesta inmunitaria (como pedir ayuda) para eliminarlo. Ocho péptidos sintéticos (colágenina-3, colágenina-4, zipperina-1, zipperina-2 e inmunosinas 2, 3, 12 y 13) mostraron una fuerte capacidad para combatir infecciones en ratones, logrando reducir drásticamente las infecciones bacterianas en piel y muslo en hasta cuatro veces. En relación con sus propiedades para modular el sistema inmunológico, estas sustancias activaron algunas moléculas importantes en la respuesta a las infecciones, como la interleucina-6 (IL-6), el factor la proteína quimioatractante de monocitos-1 (MCP-1) y de necrosis tumoral alfa (TNF-α) y De acuerdo con De la Fuente, el 90% de las placas de cultivo presentaron propiedades antimicrobianas.
Uno de los sistemas más singulares para buscar péptidos encriptados es el ocular. Los ojos no pueden tener una reacción inflamatoria normal, ya que esto afectaría la vista. Se refiere al privilegio de estar exento de responsabilidades. El equipo de De la Fuente, investigó si los péptidos encriptados también actúan en las proteínas del ojo. El investigador explica que es un ambiente interesante para ellos y que los hallazgos responden a la pregunta clásica sobre cómo se protege el ojo.
Resistencia antimicrobiana
El descubrimiento de que los péptidos encriptados tienen propiedades antiinfecciosas es importante por dos razones: primero, ofrece una nueva forma de combatir los microbios y segundo, puede ayudar a desarrollar antibióticos para bacterias resistentes que pueden ser mortales. Estos péptidos podrían ser importantes para la respuesta del sistema inmunológico ante las infecciones, a pesar de no haber sido considerados previamente. El investigador resume que esto puede cambiar cómo entendemos la inmunidad y brinda nuevas posibilidades para tratar infecciones que son resistentes a los medicamentos.
Según un estudio publicado en The Lancet Microbe en el que participó De la Fuente junto a otros 11 investigadores, la resistencia de los patógenos a los antibióticos existentes (AMR) es una grave amenaza para la salud global, causando altas tasas de enfermedad y muerte, hospitalizaciones prolongadas y mayores costos en la atención médica. Un estudio realizado por Global Burden of Disease ha identificado los seis patógenos más preocupantes debido a su resistencia a los medicamentos actuales.
Estos incluyen Escherichia coli, Staphylococcus aureus, Klebsiella pneumoniae, Streptococcus pneumoniae, Acinetobacter baumannii y Pseudomonas aeruginosa. La semana pasada, una intoxicación alimentaria causada por una cepa de Escherichia coli (O157:H7) entre los clientes de las hamburgueserías McDonald’s en Estados Unidos resultó en la muerte de una persona y en más de cincuenta casos adicionales, de los cuales diez requirieron hospitalización. Younes Smani, investigador principal del grupo Infecciones Bacterianas en el CABD y profesor de Microbiología en la UPO, señala la importancia de desarrollar estrategias innovadoras para hacer frente a la amenaza de resistencia antimicrobiana, como el reposicionamiento de fármacos en combinación con los pocos antibióticos clínicamente relevantes disponibles.
Procesos moleculares de las bacterias
Smani ha encabezado un estudio publicado en Frontiers in Pharmacology en el que han descubierto que 27 derivados de tiofeno, obtenidos a partir de un fármaco utilizado en tratamientos contra el cáncer (tamoxifeno y raloxifeno), tienen un alto potencial antibiótico contra cepas multirresistentes de bacterias, incluyendo dos de las más peligrosas (Acinetobacter baumannii y Escherichia coli). Tres de estos compuestos mostraron resultados especialmente prometedores. Otra manera de estudio, son los fagos, que son virus que pueden matar las bacterias. Un conjunto de estudios de casos sobre resistencia antimicrobiana tratados con esta terapia mostraron resultados variados.
De 20 personas tratadas con fagos, la mayoría con infecciones relacionadas con la fibrosis quística, 11 respondieron de manera positiva al tratamiento. Solo cinco personas pudieron eliminar por completo sus infecciones. Seis de ellos recibieron una respuesta parcial. El resto no contestó o sus resultados no fueron definitivos. El CIC biomaGUNE ha establecido un grupo de investigación enfocado en la bioingeniería y la biología celular ascendente, que se centra en estudiar los procesos moleculares de las bacterias, como la formación de sus paredes celulares, división y comunicación tanto entre bacterias como con su hospedador.
El objetivo es comprender cómo funciona biológicamente para crear nuevas formas de combatir la resistencia a los antibióticos. El equipo de investigación busca aplicar ingeniería inversa, que consiste en reconstruir los procesos celulares desde cero, según explicó la directora del grupo, Natalia Baranova. Desarmamos las piezas a nivel molecular y las volvemos a armar, como se hace con los coches o los puentes. Así, podemos entender cómo la naturaleza ha elegido ciertos componentes críticos y analizar la relación entre la composición molecular y la función biológica final.