Identificadas 2.603 moléculas producidas por el organismo de forma natural que tienen capacidades antibióticas | Ciencia

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El proteoma, el conjunto completo de proteínas del cuerpo, es una mina sin explotar. Más de la mitad de estas moléculas básicas y esenciales construidas a partir del código genético permanecen sin explorar. Sin embargo, sus funciones pueden proporcionar un arsenal para la salud de miles de personas. Una encuesta realizada por el español César de la Fuente, premio Princesa de Girona de investigación científica y profesor de bioingeniería en la Universidad de Pensilvania (EE. UU.), Descubrió 2.603 péptidos (moléculas formadas por aminoácidos, una especie de pequeñas proteínas) con enfermedades biológicas no relacionadas con el sistema inmunológico y que, sin embargo, poseen actividad antiinfecciosa. Una farmacia patentada y natural de especial relevancia frente a la resistencia a los antibióticos, que podría causar millones de muertes en los próximos años. La investigación, publicada en Ingeniería biomédica de la naturaleza, ha utilizado la inteligencia artificial para identificar péptidos con capacidades antimicrobianas en este enorme y desconocido campo de las proteínas.

De la Fuente explica el sistema utilizado: “Es como cuando tienes un documento muy largo en Word y quieres encontrar una palabra en particular. Esta función de búsqueda le permite encontrarlo en todos los lugares del documento. Nuestro algoritmo funciona como un motor de búsqueda que encuentra información biológica, moléculas, estructuras y patrones de aminoácidos que pueden coincidir con posibles antibióticos. Hemos encontrado miles de los llamados péptidos cifrados «.

Así, el equipo de De la Fuente, con el que también colaboró ​​la Universidad de Nápoles (Italia), buscó mediante inteligencia artificial aquellas bases de aminoácidos con capacidad para atacar bacterias patógenas, modular aquellas con funciones básicas. En la colonia intestinal (microbioma). y con potencial antiinfeccioso.

El algoritmo identificó 43.000 péptidos con las características que buscaban (de 8 a 50 aminoácidos de longitud y con partes hidrofóbicas e hidrofílicas) y los encontró en regiones inesperadas del proteoma, como explica la investigadora: “Muchos de ellos no solo tenemos se encuentran en el sistema inmunológico innato, que es donde te imaginas encontrar este tipo de moléculas porque son las que nos permiten defendernos de invasores patógenos, pero también en el sistema nervioso, cardiovascular o digestivo. Esto nos lleva a pensar que la respuesta inmune por parte del huésped, en este caso del ser humano, frente a las infecciones no depende únicamente del sistema inmunológico ”.

Del total identificado, se seleccionaron los 2.603 que mejor cumplían con los parámetros requeridos. Para validar las funciones antimicrobianas, se sintetizaron 55 de ellos y se expusieron a ocho patógenos diferentes, incluidos E. coli y bacterias que causan infecciones por estafilococos y neumonía.

Doble función

«Encontramos que el 63,6% de estos 55 péptidos encriptados mostraron actividad antimicrobiana», dice de la Fuente. Y añade: “Curiosamente, estos péptidos no solo han combatido la infección de algunas de las bacterias más dañinas del mundo, sino que también se han dirigido a los organismos intestinales y comensales de la piel que son beneficiosos para nosotros. Tenemos la hipótesis de que esto puede ser indicativo de un papel modulador de la microbiota que también podrían poseer estos péptidos «.

El equipo también descubrió que cuando se combinan en ‘cócteles’ de péptidos derivados de la misma área biogeográfica dentro del cuerpo, mejoran la capacidad de un individuo para combatir infecciones en 100 veces.

Otra ventaja de estos péptidos encriptados, además del hecho de que las pruebas no han detectado ninguna toxicidad, es que matan las bacterias patógenas al atacar su membrana. Juan José Infante, microbiólogo y director bioquímico de Vaxdyn, empresa andaluza que prueba una vacuna contra bacterias resistentes a los antibióticos, explica que las proteínas de la membrana externa de las bacterias son su escudo fundamental y su formulación va dirigida contra ellas: “Si es posible para crear inmunidad contra estas proteínas de membrana, será muy difícil que las bacterias escapen porque estas moléculas no pueden cambiar mucho, ya que, si lo hacen, pierden su funcionalidad «. Algunos fármacos actúan contra los azúcares (polisacáridos) en la envoltura de las bacterias, pero las bacterias han aprendido a escapar de la inmunidad.

En este sentido, De la Fuente señala que los péptidos identificados por su investigación «van directamente a la membrana, que es la que utilizan las bacterias para mutar de manera más eficiente y desarrollar resistencias». «Cuando se ataca la membrana», añade, «el patógeno tarda muchas mutaciones, mucho más tiempo, en defenderse que cuando, por ejemplo, es atacado con un antibiótico convencional, que normalmente tiene un solo objetivo y es más fácil para las bacterias». desarrollar una mutación para sobrevivir ”.

El investigador señala que los péptidos cifrados recién descubiertos «son buenos candidatos para antibióticos sostenibles». En este sentido, añade: «Estamos diseñando experimentos para que estas moléculas sirvan de guía para diseñar futuros antibióticos». “Las proteínas enteras”, explica, “tienen una función, un trabajo diario. Pero cuando se corta, el fragmento que se libera comienza a tener esa función antibiótica. En el futuro es posible pensar en formas de inducir la escisión de estas moléculas más grandes para liberar los fragmentos con capacidad antiinfecciosa a través de alimentos o metabolitos ”.

Y hay otros campos, según De la Fuente: “Este instrumento [el algoritmo de búsqueda] potencialmente se puede aplicar a o más además del genoma y el proteoma, como el transcriptoma [las lecturas de los genes, su transcripción para usarla para sintetizar proteínas] y el metaboloma [el conjunto de metabolitos, pequeñas moléculas implicadas en los procesos biológicos] de la célula, para buscar de forma rápida y exhaustiva una amplia gama de moléculas, ya sean antimicrobianas, anticancerígenas o antivirales, abriendo nuevas puertas en muchas áreas de descubrimiento de fármacos e investigación molecular ”.

Otras estrategias

Francesca Micoli, investigadora del Instituto de Vacunas Glaxo Smith Kline (GSK), señala que la resistencia a los antibióticos es una «amenaza global». Coautor de una revisión de vacunas en desarrollo contra esta próxima pandemia, publicada en La naturaleza examina la microbiología, afirma que «a medida que aumenta la resistencia a múltiples fármacos, se necesitan terapias nuevas y eficaces, así como estrategias de prevención».

Entre estas estrategias se encuentran en estudio los anticuerpos monoclonales, dirigidos contra los factores de virulencia de patógenos bacterianos (moléculas que utilizan los microbios para debilitar la respuesta inmune natural de las células infectadas). Sin embargo, los desarrollos más avanzados apuntan a un solo objetivo, mientras que las enfermedades causadas por bacterias suelen ser multifactoriales.

También se estudian los bacteriófagos, virus que infectan específicamente a las bacterias. La principal ventaja es su baja toxicidad, que permite administrar una gran cantidad de fagos en una dosis muy pequeña.

Otro frente es el de mejorar la microbiota, su propia colonia bacteriana en el intestino humano. Los antibióticos pueden acabar con esa comunidad beneficiosa y brindar una oportunidad para que los patógenos oportunistas colonicen al huésped humano y causen infecciones. La administración oral de una mezcla de esporas de varias bacterias aisladas de muestras fecales de un donante sano ha mostrado resultados prometedores. Come yogur con la cepa probiótica. Bifidobacterium lactis BB-12 parece proteger contra el daño del microbioma intestinal asociado con la administración de antibióticos, según un estudio clínico de las universidades de Maryland y Georgetown publicado en Nutrientes

Otra opción es la acción temprana. Investigadores de la Universidad McMaster han desarrollado una herramienta, que también utiliza algoritmos como el trabajo de De la Fuente, para identificar la presencia de patógenos bacterianos potencialmente mortales, según una investigación publicada en Informes de celda.

Las vacunas, otro de los frentes prometedores, buscan, sustancialmente y a través de diferentes estrategias, atacar y prevenir la infección enseñando al organismo a identificar y eliminar el patógeno. La empresa española de biotecnología Vaxdyn, en colaboración con una red de investigación y con el apoyo de la Fundación Bill y Melinda Gates a través de la entidad CARB-X, está desarrollando una vacuna revolucionaria contra estas bacterias resistentes. Ha superado con éxito las primeras etapas preclínicas y planea comenzar los ensayos en humanos dentro de dos años.

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