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Nuevos fármacos de bacterias marinas
Por Marytere Narváez
Mérida, Yucatán. 28 de marzo de 2017 (Agencia Informativa Conacyt).Invisibles a la mirada del visitante común, las ciénagas, los acuíferos
subterráneos y los mares albergan en sus sedimentos miles de
microorganismos que tienen el potencial de convertirse en fuente de nuevos
productos terapéuticos a partir de sus compuestos químicos. Desarrollar
diferentes métodos para obtener estos microorganismos, cultivarlos en
laboratorio, extraer y estudiar sus compuestos químicos son algunas de las
actividades principales del Laboratorio de Productos Naturales Marinos de la
Facultad de Química de la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM),
localizado en el puerto de Sisal, Yucatán.
En entrevista para la Agencia Informativa Conacyt, Alejandra Prieto Davó,
investigadora del Laboratorio de Productos Naturales Marinos de la Unidad
Académica Sisal de la UNAM, señaló que su objetivo principal es encontrar
bacterias que presenten actividad biológica antibiótica, anticancerígena,
antiviral y antihelmíntica, entre otras.
“La finalidad es encontrar compuestos químicos diferentes a los que existen
en la farmacéutica para obtener nuevos productos terapéuticos”, expresó.
En 2014, la Organización Mundial de la Salud (OMS) publicó
el informe Antimicrobial resistance: global report on surveillance, que demostró
que la resistencia de las bacterias comunes a los antimicrobianos —
especialmente los antibióticos— había alcanzado niveles alarmantes en varias
partes del mundo y que, en algunos casos, pocos o ninguno de los
tratamientos disponibles continúan siendo efectivos para enfermedades
comunes. Ante este panorama, el Laboratorio de Productos Naturales Marinos
se enfoca principalmente en el estudio de antibióticos y desarrolla varios
proyectos orientados a confrontar la problemática desde diversos ángulos.
“Por un lado, utilizamos las técnicas moleculares más modernas de genómica y
metagenómica para examinar todos los genes que están presentes en una
comunidad bacteriana, o dentro de una bacteria en la que vemos un potencial
de producir compuestos de este tipo; a la par, desarrollamos técnicas de
cultivo innovadoras; y una tercera línea es extraer la información genética de
todos los genes involucrados en la producción de un compuesto y pasarla a
una bacteria que esté diseñada biotecnológicamente para expresarla”, apuntó.
Variabilidad genética en bacterias
En muchas ocasiones, las bacterias pueden no producir compuestos en un
medio de cultivo determinado debido a rutas metabólicas crípticas que están
escondidas en el genoma y no se activan con métodos convencionales. “No
solo es importante saber que tienen los genes que se buscan, sino intentar
que produzcan los compuestos”, apuntó Prieto Davó.
Por tanto, uno de los proyectos del laboratorio es estudiar los estímulos que
las bacterias requieren para producir los compuestos químicos deseados. Una
forma de hacerlo es estimular los compuestos a través de diferentes medios
de cultivo y otra es obtener los genes directamente e insertarlos en una
bacteria diseñada para producir los compuestos.
En colaboración con el Scripps Institution of Oceanography, se han realizado
estudios de diversidad genómica entre cepas del golfo de California y el mar
Caribe, donde se observó que una bacteria puede tener diferentes genes que
otra de la misma especie si crece en diferentes lugares.
“El resto del genoma lo tiene igualito, pero la parte del metabolismo
secundario varía porque ha sido expuesta a diferentes comunidades
bacterianas que tal vez pueden transferirle genes diferentes”, indicó.
Actinomicetos, precursores de los antibióticos
De acuerdo con la investigadora, mientras más grande sea el genoma de un
microorganismo es más probable que contenga los genes necesarios para la
producción de compuestos químicos, pero la mayoría de las bacterias prefiere
tener el menor número de genes para poder duplicarse fácilmente. Un caso
especial es el de los actinomicetos, grupo de microorganismos unicelulares
muy abundantes en los sedimentos del acuífero subterráneo de Yucatán, que
forman parte de una colección en torno a la que se realizan diversas
investigaciones en el Laboratorio de Productos Naturales Marinos de la UNAM.
“Los actinomicetos tienen genomas muy grandes y estos compuestos
necesitan rutas metabólicas muy grandes en términos de cuántos genes
tienen, que pueden ser de 100 a 150 kilobases. Son de lento crecimiento,
degradan materia orgánica y, por lo tanto, están involucrados en el reciclaje de
nutrientes. Además, son conocidos desde el siglo pasado como prolíferos
productores de antibióticos. El 80 por ciento de antibióticos comerciales
proviene de actinomicetos, ya sea directamente o mediante compuestos que
se originaron en ellos y se fueron modificando en laboratorio para convertirse
en un fármaco”, apuntó Prieto Davó.
Como parte de un proyecto de maestría, actualmente se estudia la
secuenciación de los genomas de los actinomicetos que presentan indicios de
genes relacionados con la producción de compuestos químicos con actividad
biológica. El análisis de los genomas se realizará en conjunto con Sean Brady,
investigador de The Rockefeller University, en Nueva York.
Bibliotecas genómicas del acuífero subterráneo
En colaboración con Aileen O’Connor, investigadora del Centro de
Investigación Científica de Yucatán (CICY), se desarrolló una biblioteca
metagenómica a partir de toda la comunidad microbiana obtenida en un
punto del acuífero subterráneo de Yucatán, con la finalidad de estudiar sus
aplicaciones biotecnológicas.
Angélica Márquez Velázquez, técnico académico del Laboratorio de Productos
Naturales Marinos, señaló que en el proyecto se encontraron lipasas,
esterasas y policétido sintasas (PKS), involucrados en la producción de algunos
antibióticos y anticancerígenos.
Proyecto Semilla
Con el financiamiento del Proyecto Semilla de transferencia industrial de la
Facultad de Química de la UNAM, se estudian los microorganismos presentes
en la ciénaga de Sisal, que constituye un ejemplo de la diferencia que
presentan los nichos de ambientes de Yucatán con respecto a otros estados.
“La ciénaga es un mangle hipersalino de características peculiares ya que,
debido a que estamos en Yucatán, los sedimentos están llenos de carbonato
de calcio y además tienen una conexión directa con aguas provenientes del
acuífero en lo que se conoce como 'ojos de agua'. Todo esto los convierte en
ecosistemas con una diversidad microbiana completamente diferente a otros
sitios con manglar”, señaló.
El proyecto se realiza en colaboración con Mario Alberto Figueroa, investigador
de la Facultad de Química de la UNAM en Ciudad Universitaria, quien
continuamente colabora con el Laboratorio de Productos Naturales Marinos a
través de la revisión fina en equipos especializados de los compuestos
químicos en extractos de bacterias.
Antecedentes en el estudio de compuestos marinos
De acuerdo con Prieto Davó, la búsqueda de compuestos biológicamente
activos inició desde hace cuatro décadas en el área de investigación en
productos marinos, especialmente en organismos como algas, corales y
esponjas de mar. Sin embargo, el problema principal de estos recursos eran
los largos tiempos que requerían para renovarse, o bien que podían
desaparecer por sobreexplotación.
A finales de los años setenta, William Fenical, investigador del Scripps
Institution of Oceanography y director de tesis de doctorado de la
investigadora mexicana, tuvo la hipótesis de que si los microorganismos de
suelo eran tan productivos en cuanto a sustancias químicas, los de mar debían
ser iguales, además de que al estar sujetos a presiones evolutivas muy
distintas a las de los suelos, sus microorganismos podrían desarrollar
compuestos con estructuras diferentes. Una vez que su hipótesis fue
comprobada, se dedicó junto con otros investigadores a buscar bacterias en
los sedimentos marinos.
“Cuando yo llegué a Scripps empecé a trabajar principalmente con los
métodos de ecología microbiana y biología molecular para trabajar con las
bacterias, pues los métodos más modernos eran la identificación de bacterias
y grupos bacterianos en los sedimentos sin necesidad de cultivarlos. Es algo
que siempre he implementado en mi línea de investigación, trabajo métodos
moleculares y de ecología microbiana para seleccionar tanto los lugares que
vamos a muestrear como las bacterias de las colecciones que tenemos que
estudiar”, describió Prieto Davó.
De acuerdo con la investigadora, el propósito de esta metodología es conjugar
de manera complementaria las dos técnicas, pues no es sencillo utilizar
técnicas independientes de cultivo y cultivar lo que se observa con dichas
técnicas.
“Aquí tratamos de utilizar diferentes métodos para traer esas bacterias,
cultivarlas y trabajar con los investigadores químicos para obtener extractos y
ver qué compuestos tienen y cuáles presentan actividad biológica”, indicó.
Sedimentos marinos en tratamientos contra el cáncer
El estudio de los actinomicetos para la obtención de antibióticos se remonta a
1946, cuando Selman Abraham Waksman describió la estreptomicina para
tratar la tuberculosis y activó el boom del estudio de los sedimentos. “Él era un
microbiólogo de suelos y empezó a estudiar todo lo que existía en los suelos,
iniciando la teoría de que las mismas bacterias podían atacar las bacterias
patógenas de los seres humanos. A la fecha, seguimos en ese mismo impulso
para tratar de encontrar antibióticos nuevos”, expresó Prieto Davó.
Encontrar lugares donde existen bacterias que tengan acceso tanto a
presiones evolutivas distintas como a elementos químicos diferentes es parte
fundamental del trabajo en el Laboratorio de Productos Naturales Marinos.
Comparado con el suelo, los sedimentos marinos presentan una variedad de
elementos como el cloro, yodo y bromo, que pueden ser incorporados por los
microorganismos y utilizados en la síntesis de compuestos químicos para
volverse más activos.
En el proyecto realizado en colaboración con el Scripps Institution of
Oceanography se estudian tres especies del género de bacterias Salinispora.
Entre estas, Salinispora tropica es la única que se encuentra en el Caribe y, al
aislarla durante los años noventa, se descubrió que produce un compuesto
muy potente contra cáncer de mama.
“Su estructura tiene una ramita de carbonos que termina en un cloro y esta se
mete únicamente al proteosoma de las células cancerígenas”, apuntó.
De acuerdo con la investigadora, el proteosoma se encarga de reciclar las
proteínas que se forman mal en la célula para obtener nuevamente
aminoácidos, por lo que un mal funcionamiento de esta estructura no permite
a la célula deshacer las proteínas malformadas y provoca su intoxicación.
“El cloro es la parte del compuesto que se pega específicamente al
proteosoma de las células cancerígenas. Entonces hay elementos químicos a
los que tienen acceso las bacterias de mar que las de suelo no y, en muchos
casos, eso es lo que les da actividad. Ese es el tipo de moléculas que
quisiéramos encontrar y por lo cual hacemos este trabajo. En lo que llegamos
a eso tenemos muchos proyectos derivados de ese objetivo y que se vuelven
muy interesantes en cuanto a la ecología microbiana”, finalizó.
Dra.
Alejandra
Prieto
Universidad
Nacional
Autónoma
de
Facultad
de
Química,
unidad
(52
988)
931
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[email protected]
Davó
México
Sisal
ext. 7110