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.

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 comparten el mismo objetivo de matar o prevenir el crecimiento de microorganismos y ambos caen dentro de la categoría de quimioterapia antibacteriana. Los agentes antibacterianos incluyen antisépticos, jabones antibacterianos y detergentes químicos; Si bien los antibióticos son antibacterianos importantes, se utilizan más específicamente en medicina y, a veces, en la alimentación animal.

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 permite descubrir nuevas secuencias, nuevos tipos de moléculas que nunca se han descubierto en organismos vivos, abriéndonos a pensar más ampliamente sobre la diversidad molecular”, afirmó el Dr. César de la Fuente, de la Universidad de Pensilvania (EE. UU.), quien dirigió el equipo de investigación. “Hoy en día, las bacterias nunca han estado expuestas a estas nuevas moléculas, por lo que esta podría ser una buena oportunidad para abordar patógenos que actualmente son difíciles de tratar”.

Los expertos afirman que se necesitan urgentemente nuevos hallazgos sobre el problema de las bacterias resistentes a los antibióticos. “El mundo se enfrenta a una crisis de resistencia a los antibióticos… Si necesitamos remontarnos al pasado para encontrar posibles soluciones para el futuro, estoy totalmente de acuerdo”, afirmó 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 son de origen microbiano y fúngico, descubiertos mediante el análisis de microorganismos que viven en el suelo. Pero 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 alternativas a los antibióticos. Un día en el laboratorio, de repente se mencionó la exitosa película “Jurassic Park”, lo que le dio al equipo de científicos la idea de estudiar moléculas extintas. “¿Por qué no recuperar moléculas del pasado?” dijo.

Para encontrar péptidos previamente desconocidos, el equipo entrenó un algoritmo de IA para reconocer sitios fragmentados en proteínas humanas que podrían tener actividad antibacteriana. Los científicos luego lo aplicaron a secuencias de proteínas disponibles públicamente de humanos modernos (Homo sapiens), neandertales (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.

Luego, el equipo sintetizó y probó los 69 péptidos más prometedores para ver si podían matar bacterias. El equipo seleccionó los seis más fuertes, incluidos 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 adquiridas en el hospital en humanos. (Una infección adquirida en el hospital es una infección que un paciente adquiere mientras recibe tratamiento en un hospital que no estaba presente al momento del ingreso).

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 resultados experimentales, en ratones infectados que desarrollaron abscesos en la piel, los péptidos mataron activamente las bacterias; En ratones con infecciones en el muslo, los péptidos fueron menos efectivos pero aún así evitaron 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 que, en cambio, requerirán muchos ajustes. 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 con información genética detallada.

El equipo encontró más de 11.000 péptidos antimicrobianos potenciales previamente no descubiertos que sólo se encuentran en criaturas extintas, y sintetizó los péptidos más prometedores del mamut lanudo siberiano, la vaca marina de Steller (un mamífero marino que se extinguió en el siglo XVIII debido a la caza en el Ártico), el perezoso gigante y el alce irlandés gigante (Megaloceros giganteus). Los péptidos recién descubiertos tienen una “excelente actividad antiinfecciosa” en ratones, dijo.

El Dr. Dmitry Ghilarov, líder del equipo en el Centro John Innes en el Reino Unido, dijo que el obstáculo para encontrar nuevos antibióticos es que pueden ser inestables y difíciles de sintetizar. “Hay muchos de estos antibióticos peptídicos que la industria no está desarrollando ni utilizando debido a dificultades como la toxicidad”, dijo 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.

Actualmente, Van Hoek centra su investigación en un péptido sintético derivado de un péptido natural encontrado en los caimanes americanos. El péptido se encuentra actualmente en 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)