¿Sabías que tus intestinos son una fábrica de potentes antibióticos?
Científicos exploran el microbioma intestinal humano y descubren que este puede ser una fábrica de potentes antibióticos capaces de combatir las superbacterias resistentes a los medicamentos.
Por la Facultad de Ingeniería y Ciencias Aplicadas de la Universidad de Pensilvania
El intestino tiene su propio microbioma, una comunidad diversa de organismos microscópicos, como bacterias, virus y hongos que compiten por hacerse un hueco en este tubo largo y sinuoso que forma parte del tubo digestivo. Imagen generada con DALL-E
El intestino humano medio contiene unos 100 billones de microorganismos, muchos de los cuales compiten constantemente por unos recursos limitados. «Es un entorno muy duro —afirma César de la Fuente, catedrático de Bioingeniería e Ingeniería Química y Biomolecular en la Facultad de Ingeniería y Ciencias Aplicada de la Universidad de Pensilvania. Y añade—: Todas estas bacterias coexisten, pero también luchan entre sí. Un entorno así puede fomentar la innovación».
En ese conflicto bacteriano, el laboratorio de De la Fuente ve potencial para buscar nuevos antibióticos que algún día podrían contribuir a reforzar nuestro arsenal defensivo contra las bacterias resistentes a los fármacos.
Recordemos que los antibióticos son medicamentos utilizados para prevenir y tratar las infecciones bacterianas, y que la resistencia a los antibióticos se presenta cuando las bacterias mutan en respuesta al uso de estos fármacos. La resistencia a los antibióticos está aumentando en todo el mundo a niveles peligrosos, según advierte la OMS.
«Día tras día están apareciendo y propagándose en todo el planeta nuevos mecanismos de resistencia que ponen en peligro nuestra capacidad para tratar las enfermedades infecciosas comunes. Un creciente número de infecciones, como la neumonía, la tuberculosis, la septicemia, la gonorrea o las enfermedades de transmisión alimentaria, son cada vez más difíciles —y a veces imposibles— de tratar, a medida que los antibióticos van perdiendo eficacia», puede leerse en un informe de la OMS.
Utilizar las armas de las bacterias para luchar contra ellas
La resistencia a los antibióticos se acelera con el uso indebido y abusivo de estos fármacos y con las deficiencias de la prevención y control de las infecciones. Es por ello que la ciencia busca casi de forma desesperada nuevos antimicrobianos capaces de doblar el brazo a estas superbacterias. Y nuestros intestinos podrían ayudar a resolver el probema.
Al fin y al cabo, si las bacterias del intestino humano tienen que desarrollar nuevas herramientas en la lucha entre ellas para sobrevivir, ¿por qué no utilizar sus propias armas contra ellas mismas?
En un nuevo artículo publicado en la revista Cell, los laboratorios de De la Fuente y Ami S. Bhatt, profesor de Medicina (Hematología) y Genética en la Universidad de Stanford, informan de que tras examinar los microbiomas intestinales de casi 2.000 personas han descubriendo docenas de nuevos antibióticos que podrían tener usos clínicos.
Todo se reduce a un código
«Pensamos en la biología como una fuente de información —dice De la Fuente. Y añade—: Todo es solo código. Y si podemos crear algoritmos que puedan clasificar ese código, podemos acelerar drásticamente el descubrimiento de antibióticos».
En los últimos años, el laboratorio de De la Fuente ha sido noticia por haber encontrado moléculas candidatas a antibióticos por todas partes, desde en la información genética de criaturas extinguidas, como los neandertales y los mamuts lanudos hasta en masas de bacterias cuyo material genético fue analizado mediante inteligencia artificial (IA).
«Uno de nuestros principales objetivos es explotar la información biológica del mundo como fuente de antibióticos y otras moléculas útiles —afirma De la Fuente.Y añade—: En lugar de recurrir a los métodos tradicionales y meticulosos de recogida de muestras de suelo o agua y purificación de compuestos activos, aprovechamos la gran cantidad de datos biológicos que contienen los genomas, los metagenomas y los proteomas. Esto nos permite descubrir nuevos antibióticos a velocidad digital».
Las bacterias evolucionan muy rápido
Dado que las bacterias evolucionan rápidamente, De la Fuente y sus colegas plantearon la hipótesis de que un entorno que fomenta la competencia, como es el caso del intestino humano, podría albergar numerosos compuestos antimicrobianos aún no descubiertos. «Cuando hay falta de recursos —dice De la Fuente— es cuando la biología realmente aporta soluciones innovadoras».
El grupo de trabajo se centró en los péptidos, cadenas cortas de aminoácidos, que anteriormente se habían mostrado prometedores como nuevos antibióticos. «Hemos extraído computacionalmente más de 400.000 proteínas —cuenta De la Fuente haciendo referencia al proceso mediante el cual la IA lee las letras del código genético y, tras haber sido entrenada con un conjunto de antibióticos conocidos, predice qué secuencias genéticas podrían tener propiedades antimicrobianas.
«Curiosamente, estas moléculas tienen una composición diferente de lo que tradicionalmente se ha considerado antimicrobiano», afirma Marcelo D.T. Torres, investigador asociado del laboratorio de de la Fuente y primer autor del trabajo. «Los compuestos que hemos descubierto constituyen una nueva clase, y sus propiedades únicas nos ayudarán a comprender y ampliar el espacio de secuencias de los antimicrobianos».
Péptidos con capacidad antimicrobiana
Por supuesto, esas predicciones deben validarse luego experimentalmente; tras encontrar unos cientos de candidatos a erigirse en antibióticos, los investigadores seleccionaron 78 de ellos para probarlos contra bacterias reales.
Tras sintetizar estos péptidos, los investigadores expusieron cultivos bacterianos a cada péptido y esperaron veinte horas para ver qué péptidos inhibían con éxito el crecimiento bacteriano. Además, el equipo probó posteriormente los antibióticos candidatos en modelos animales.
Más de la mitad de los péptidos probados funcionaron —es decir, inhibieron el crecimiento bacteriano de bacterias amigas o patógenas— y el candidato principal, la prevotelina-2, demostró capacidades antiinfecciosas a la par que la polimixina B, un antibiótico aprobado por la Administración de Alimentos y Medicamentos (FDA) que se utiliza hoy en día para tratar infecciones multirresistentes, lo que sugiere que el microbiomadel intestinal humano puede contener antibióticos que algún día encontrarán aplicación clínica.
«Identificar la prevotelina-2, que tiene una actividad similar a la de uno de nuestros antibióticos de último recurso, la polimixina B, me sorprendió mucho —afirma Bhatt. Y concluye—: Esto sugiere que explorar el microbioma humano en busca de nuevas y excitantes clases de péptidos antimicrobianos es un camino prometedor para investigadores y médicos, y muy especialmente para los pacientes». ▪️
Información facilitada por la Facultad de Ingeniería y Ciencias Aplicadas de la Universidad de Pensilvania -Adaptación: Enrique Coperías / RexMolón Producciones
Fuente: Marcelo D. T. Torres, Erin F. Brooks, Angela Cesaro, Cosmos Nicolaou, Ami S. Bhatt, Cesar de la Fuente-Nunez. Mining human microbiomes reveals an untapped source of peptide antibiotics. Cell (2024). DOI: https://doi.org/10.1016/j.cell.2024.07.027
