Científicos diseñan moléculas que matan bacterias a partir del veneno de avispa

El equipo espera convertir las moléculas en nuevos medicamentos para matar bacterias, un avance importante considerando el número creciente de bacterias resistentes a los antibióticos que pueden causar enfermedades como la sepsis y la tuberculosis.

En el estudio, publicado hoy en Proceedings of the National Academy of Sciences , los investigadores alteraron una pequeña proteína altamente tóxica de una especie de avispa asiática común, Vespula lewisii, la avispa chaqueta amarilla coreana. Las alteraciones mejoraron la capacidad de la molécula para matar células bacterianas al tiempo que redujeron en gran medida su capacidad para dañar las células humanas. En modelos animales, los científicos demostraron que esta familia de nuevas moléculas antimicrobianas elaboradas con estas alteraciones podría proteger a los ratones de infecciones bacterianas que de otro modo serían letales.

Existe una necesidad urgente de nuevos tratamientos farmacológicos para las infecciones bacterianas, ya que muchas especies bacterianas circulantes han desarrollado resistencia a los fármacos más antiguos. Los Centros para el Control y la Prevención de Enfermedades de EE. UU. Han estimado que cada año casi tres millones de estadounidenses se infectan con microbios resistentes a los antibióticos y más de 35.000 mueren a causa de ellos. A nivel mundial, el problema es aún peor: se cree que la sepsis, un síndrome inflamatorio a menudo fatal desencadenado por una infección bacteriana extensa, ha causado aproximadamente una de cada cinco muertes en todo el mundo en 2017.

«Se necesitan con urgencia nuevos antibióticos para tratar el número cada vez mayor de infecciones resistentes a los medicamentos, y los venenos son una fuente sin explotar de nuevos fármacos potenciales. Creemos que las moléculas derivadas del veneno, como las que diseñamos en este estudio, serán una fuente valiosa de nuevos antibióticos «, dijo el autor principal del estudio, César de la Fuente, Ph.D., profesor asistente presidencial de psiquiatría, microbiología y bioingeniería en Penn.

De la Fuente y su equipo comenzaron con una pequeña proteína, o «péptido», llamado mastoparán-L, un ingrediente clave en el veneno de las avispas Vespula lewisii. El veneno que contiene mastoparán-L generalmente no es peligroso para los humanos en las pequeñas dosis que liberan las picaduras de avispa, pero es bastante tóxico. Destruye los glóbulos rojos y desencadena un tipo de reacción alérgica / inflamatoria que, en personas susceptibles, puede provocar un síndrome fatal llamado anafilaxia, en el que la presión arterial desciende y la respiración se vuelve difícil o imposible.

Mastoparan-L (mast-L) también es conocido por su toxicidad moderada para las especies bacterianas, lo que lo convierte en un punto de partida potencial para diseñar nuevos antibióticos. Pero todavía hay algunas incógnitas, incluida la forma de mejorar sus propiedades antibacterianas y cómo hacer que sea seguro para los humanos.

El equipo buscó en una base de datos de cientos de péptidos antimicrobianos conocidos y encontró una pequeña región, el llamado motivo pentapéptido, que estaba asociado con una fuerte actividad contra las bacterias. Luego, los investigadores utilizaron este motivo para reemplazar una sección en un extremo del mast-L que se cree que es la principal fuente de toxicidad para las células humanas.

En un conjunto clave de experimentos, los investigadores trataron ratones con mast-MO varias horas después de infectarlos con cepas de la bacteria E. coli o Staphylococcus aureus que de otro modo serían letales y que inducen sepsis. En cada prueba, el péptido antimicrobiano mantuvo con vida al 80 por ciento de los ratones tratados. Por el contrario, los ratones tratados con mast-L tenían menos probabilidades de sobrevivir y mostraron efectos secundarios tóxicos graves cuando se trataron con dosis más altas, dosis en las que mast-MO no causó toxicidad evidente.

La potencia del mast-MO en estas pruebas también pareció ser comparable a la de los antibióticos existentes como la gentamicina y el imipenem, para los cuales se necesitan alternativas debido a la propagación de cepas bacterianas resistentes.

De la Fuente y sus colegas encontraron evidencia en el estudio de que el mast-MO mata las células bacterianas haciendo que sus membranas externas sean más porosas, lo que también puede mejorar la capacidad de los antibióticos coadministrados para penetrar en las células, y convocando glóbulos blancos antimicrobianos. Al mismo tiempo, mast-MO parece amortiguar el tipo de reacción inmune dañina que puede provocar una enfermedad grave en algunas infecciones bacterianas.

Los investigadores crearon docenas de variantes de mast-MO y encontraron varias que parecían tener una potencia antimicrobiana significativamente mejorada sin toxicidad para las células humanas. Esperan desarrollar una o más de estas moléculas en nuevos antibióticos, y esperan adoptar un enfoque similar en el futuro para convertir otras toxinas del veneno en prometedores candidatos a antibióticos.

«Los principios y enfoques que usamos en este estudio pueden aplicarse de manera más amplia para comprender mejor las propiedades antimicrobianas e inmunomoduladoras de las moléculas de péptidos y aprovechar ese conocimiento para crear nuevos tratamientos valiosos», dijo de la Fuente. (https://mundoagropecuario.com/)

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