La amenaza de las bacterias resistentes a los antibióticos
Según la OMS, como el mundo se enfrenta a casi 5 millones de muertes cada año relacionadas con bacterias resistentes a los antibióticos, la necesidad de encontrar medicamentos potenciales para lidiar con esta situación es extremadamente urgente.
Ahora, un equipo dirigido 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, y así recuperar sus antibióticos 40.000 años atrás.
Modelo de la especie humana extinta, el neandertal. Foto: Getty
A través de la investigación, los científicos han descubierto una serie de pequeñas moléculas de proteínas o péptidos que tienen la capacidad de combatir las bacterias, lo que podría allanar el camino para nuevos medicamentos 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 antimicrobianos no antibióticos (como las sulfonamidas y los antisépticos) son aquellos que son completamente sintéticos.
Sin embargo, ambos tipos tienen el mismo objetivo: eliminar o prevenir el crecimiento de microorganismos, y ambos se clasifican como quimioterapia antimicrobiana. Los antibacterianos incluyen antisépticos, jabones antibacterianos y detergentes químicos; mientras que los antibióticos son el tipo más especializado de antibacteriano utilizado en medicina y, a veces, en piensos.
Los antibióticos no funcionan contra los virus que causan enfermedades como resfriados o gripe, por lo que los medicamentos que inhiben los virus se denominan antivirales o antirretrovirales, no antibióticos.
“Nos permitedescubrir nuevas secuencias, nuevos tipos de moléculas nunca antes vistos en organismos vivos, lo que nos abre a una perspectiva más amplia sobre 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 se han encontrado con estas nuevas moléculas, por lo que esta podría ser una buena oportunidad para abordar los patógenos actuales, difíciles de tratar”.
Los expertos afirman que se necesitan urgentemente nuevos hallazgos sobre las bacterias resistentes a los antibióticos. «El mundo se enfrenta a una crisis de resistencia a los antibióticos... Si necesitamos 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 “Jurassic Park”
La mayoría de los antibióticos provienen de bacterias y hongos, descubiertos mediante análisis de microorganismos que viven en el suelo. Sin embargo, en las últimas décadas, el uso excesivo de antibióticos ha provocado que los patógenos desarrollen resistencia a ellos.
Durante la última década, De la Fuente ha utilizado métodos computacionales para evaluar el potencial de varios péptidos como sustitutos de antibióticos. Un día en el laboratorio, surgió la película "Jurassic Park", lo que dio al equipo la idea de estudiar moléculas extintas. "¿Por qué no recuperar moléculas del pasado?", preguntó.
Para encontrar péptidos previamente desconocidos, el equipo entrenó un algoritmo de IA para reconocer sitios fragmentados en proteínas humanas que podrían tener actividad antibacteriana. Posteriormente, los científicos lo aplicaron a secuencias de proteínas disponibles públicamente de Homo sapiens, Homo neanderthalensis y denisovanos, otra especie humana arcaica estrechamente relacionada con los neandertales.
Luego, 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 analizó los 69 péptidos más potentes para comprobar si podían eliminar las bacterias. Seleccionó los seis más potentes, incluyendo cuatro 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 aquella que un paciente contrae durante su estancia en el hospital y que no estaba presente al momento de su ingreso).
De los seis péptidos seleccionados por el algoritmo, uno de un neandertal fue el más eficaz para combatir patógenos en ratones infectados con bacterias, afirmó 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 las moléculas en el laboratorio y luego las revivimos por primera vez. Fue asombroso desde una perspectiva científica presenciar ese momento —dijo De la Fuente—.
En ratones infectados con abscesos cutáneos, los péptidos mataron activamente las bacterias; en ratones con infecciones en el muslo, los péptidos fueron menos efectivos pero aún así previnieron el crecimiento bacteriano.
“El mejor péptido fue el que llamamos Neanderthal 1, de los neandertales, y fue el que mejor funcionó en los ratones”, afirmó De la Fuente.
Se necesita más investigación
Sin embargo, De la Fuente enfatizó que ninguno de los péptidos está "listo para usarse como antibiótico" y, en cambio, requeriría ajustes exhaustivos. 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 para los que se disponía de información genética detallada.
El equipo encontró más de 11.000 péptidos antimicrobianos potenciales, desconocidos previamente y que solo se encontraban en criaturas extintas, y sintetizó los péptidos más prometedores 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). Afirmó que los péptidos recién descubiertos mostraron una excelente actividad antiinfecciosa en ratones.
El Dr. Dmitry Ghilarov, líder de grupo en el Centro John Innes del Reino Unido, afirmó que el obstáculo para encontrar nuevos antibióticos reside en su inestabilidad y dificultad para sintetizarlos. «Muchos de estos antibióticos peptídicos no son desarrollados ni utilizados por la industria debido a dificultades como la toxicidad», afirmó 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.), dijo que es muy raro que un péptido encontrado en la naturaleza cree directamente un nuevo fármaco u otro tipo de antibiótico.
El descubrimiento de un nuevo péptido preparará el terreno para que los investigadores utilicen técnicas computacionales para explorar y optimizar el potencial del péptido como nuevo antibiótico, según Van Hoek.
Van Hoek centra actualmente su investigación en un péptido sintético derivado de un péptido natural presente en caimanes americanos. El péptido se encuentra actualmente en fase de pruebas preclínicas.
Si bien puede parecer extraño obtener nuevos antibióticos de cocodrilos o humanos extintos, la gravedad de las bacterias resistentes a los antibióticos hace que valga la pena realizar dicha investigación, dice Van Hoek.
Hoai Phuong (según CNN)
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Fuente
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