Utilizar la IA para recuperar los "antibióticos neandertales"

La amenaza de las bacterias resistentes a los antibióticos

Según la OMS, dado que el mundo se enfrenta a casi 5 millones de muertes cada año relacionadas con bacterias resistentes a los antibióticos, la necesidad de encontrar posibles medicamentos para hacer frente a esta situación es extremadamente urgente.

Ahora, un equipo liderado por el pionero de la biotecnología César de la Fuente está utilizando métodos computacionales basados ​​en inteligencia artificial (IA) para extraer rasgos genéticos de parientes humanos extintos como los neandertales, para recuperar sus antibióticos de hace 40.000 años.

Maqueta de la especie neandertal extinta. Foto: Getty

Mediante la investigación, los científicos descubrieron una serie de pequeñas moléculas de proteínas o péptidos que tienen la capacidad de combatir las bacterias, lo que podría abrir el camino a nuevos fármacos para combatir las infecciones en humanos.

Los antibióticos (como la penicilina) son aquellos que se producen de forma natural (por otro microorganismo antimicrobiano), mientras que los antibacterianos no antibióticos (como las sulfonamidas y los antisépticos) son aquellos que son completamente sintéticos.

Sin embargo, ambos comparten el mismo objetivo: eliminar o prevenir el crecimiento de microorganismos, y ambos se engloban dentro de la quimioterapia antimicrobiana. Los antibacterianos incluyen antisépticos, jabones antibacterianos y detergentes químicos; mientras que los antibióticos son el tipo más especializado de antibacterianos que se utilizan en medicina y, en ocasiones, en la alimentación animal.

Los antibióticos no funcionan contra los virus que causan enfermedades como los resfriados o la gripe, por lo que los medicamentos que inhiben los virus se llaman antivirales, no antibióticos.

«Nos permite descubrir nuevas secuencias, nuevos tipos de moléculas nunca antes vistas en organismos vivos, lo que nos abre la puerta a una visión más amplia de la diversidad molecular», afirmó el Dr. César de la Fuente, de la Universidad de Pensilvania (EE. UU.), quien dirigió el equipo de investigación. «Las bacterias actuales nunca han estado expuestas a estas nuevas moléculas, por lo que esto podría ser una buena oportunidad para combatir los patógenos difíciles de tratar de hoy en día».

Los expertos afirman que se necesitan con urgencia nuevos descubrimientos sobre bacterias resistentes a los antibióticos. «El mundo se enfrenta a una crisis de resistencia a los antibióticos… Si tenemos que retroceder en el tiempo para encontrar posibles soluciones para el futuro, estoy totalmente de acuerdo», declaró Michael Mahan, profesor de biología molecular, celular y del desarrollo en la Universidad de California, Berkeley.

Sugerencias de “Parque Jurásico”

La mayoría de los antibióticos provienen de bacterias y hongos, descubiertos mediante el análisis de microorganismos que habitan en el suelo. Sin embargo, en las últimas décadas, el uso excesivo de antibióticos ha provocado que los patógenos desarrollen resistencia.

Durante la última década, De la Fuente ha utilizado métodos computacionales para evaluar el potencial de diversos péptidos como alternativas a los antibióticos. Un día, en el laboratorio, surgió el tema de la exitosa película «Parque Jurásico», lo que les dio la idea de estudiar moléculas extintas. «¿Por qué no traer de vuelta moléculas del pasado?», se preguntó.

Para descubrir péptidos desconocidos hasta ahora, el equipo entrenó un algoritmo de IA para reconocer fragmentos en proteínas humanas que podrían tener actividad antibacteriana. Posteriormente, los científicos lo aplicaron a secuencias de proteínas disponibles públicamente de Homo sapiens, neandertales y denisovanos, otra especie humana arcaica estrechamente relacionada con los neandertales.

A continuación, el equipo utilizó las propiedades de péptidos antibacterianos anteriores para predecir qué péptidos antiguos tenían más probabilidades de matar bacterias.

A continuación, el equipo sintetizó y probó los 69 péptidos más prometedores para comprobar si podían eliminar bacterias. El equipo seleccionó los seis más potentes, cuatro de ellos procedentes de humanos modernos, uno de neandertales y uno de denisovanos.

El equipo los expuso a ratones infectados con la bacteria Acinetobacter baumannii, una causa común de infecciones nosocomiales en humanos. (Una infección nosocomial es una infección que un paciente adquiere durante su estancia en el hospital y que no tenía al ingresar).

De los seis péptidos seleccionados por el algoritmo, uno procedente de un neandertal fue el más eficaz para combatir patógenos en ratones infectados con bacterias, afirma el pionero en biotecnología César de la Fuente, de la Universidad de Pensilvania. (Foto: Universidad de Pensilvania)

“Creo que uno de los momentos más emocionantes fue cuando reconstituimos químicamente moléculas en el laboratorio y luego las trajimos de vuelta a la vida por primera vez. Fue asombroso desde una perspectiva científica ver eso”, dijo De la Fuente.

En ratones infectados con abscesos cutáneos, los péptidos eliminaron activamente las bacterias; en ratones con infecciones en los muslos, los péptidos fueron menos efectivos, pero aun así impidieron el crecimiento bacteriano.

“El mejor péptido fue el que llamamos Neandertal 1, de los neandertales, y ese fue el que mejor funcionó en ratones”, dijo De la Fuente.

Se necesita más investigación

Sin embargo, el Sr. De la Fuente recalcó que ninguno de los péptidos estaba listo para usarse como antibiótico, sino que requeriría numerosas modificaciones. En una investigación que se publicará el próximo año, él y sus colegas desarrollaron un nuevo modelo de aprendizaje profundo para explorar las secuencias de proteínas de 208 organismos extintos de los que se disponía de información genética detallada.

El equipo halló más de 11.000 péptidos antimicrobianos potenciales, hasta ahora desconocidos, presentes únicamente en criaturas extintas. Sintetizaron los péptidos más prometedores a partir del mamut lanudo siberiano, la vaca marina de Steller (un mamífero marino extinto en el siglo XVIII debido a la caza en el Ártico), el perezoso gigante y el alce gigante irlandés (Megaloceros giganteus). Según el investigador, los péptidos recién descubiertos mostraron una excelente actividad antiinfecciosa en ratones.

El Dr. Dmitry Ghilarov, jefe de grupo del Centro John Innes en el Reino Unido, afirmó que el principal obstáculo para encontrar nuevos antibióticos radica en su inestabilidad y la dificultad para sintetizarlos. «Muchos de estos antibióticos peptídicos no se desarrollan ni se investigan en la industria debido a problemas como su toxicidad», explicó Ghilarov.

De los 10.000 compuestos prometedores identificados por los investigadores, solo uno o dos antibióticos han recibido la aprobación de la Administración de Alimentos y Medicamentos de Estados Unidos, según un artículo publicado en mayo de 2021.

La Dra. Monique van Hoek, profesora y directora asociada de investigación de la Escuela de Biología de Sistemas de la Universidad George Mason (EE. UU.), afirmó que es muy raro que un péptido encontrado en la naturaleza cree directamente un nuevo fármaco u otro nuevo antibiótico.

Según Van Hoek, el descubrimiento de un nuevo péptido sentará las bases para que los investigadores utilicen técnicas computacionales para explorar y optimizar el potencial del péptido como nuevo antibiótico.

Actualmente, Van Hoek centra su investigación en un péptido sintético derivado de un péptido natural presente en los caimanes americanos. El péptido se encuentra en fase de ensayos preclínicos.

Aunque pueda parecer extraño obtener nuevos antibióticos de cocodrilos o humanos extintos, la gravedad de las bacterias resistentes a los antibióticos hace que esta investigación valga la pena, afirma la Sra. Van Hoek.

Hoai Phuong (según CNN)

Fuente: https://www.congluan.vn/chong-khang-khang-sinh-y-tuong-tu-ai-va-nguoi-neanderthal-da-tuyet-chung-post276832.html