Los milenarios microbios de las arqueas esconden nuevas pistas para el desarrollo de nuevos antibióticos, según un par de estudios publicados en Nature Microbiology y PLOS Biology. Reconocidas por su capacidad para prosperar en ambientes extremos, como aguas termales hirvientes y salares, las arqueas también coexisten con bacterias en numerosos entornos. Ahora, lo que se sugiere es que la proximidad podría haber impulsado a cientos de especies de arqueas a desarrollar defensas químicas únicas, algunas de las cuales eliminan bacterias que pueden enfermar a las personas y son resistentes a los antibióticos convencionales. Pese a que los compuestos de las arqueas aún están lejos de ser medicamentos probados, los hallazgos subrayan que estos microbios podrían convertirse en una rica fuente de investigación para los investigadores de antibióticos.
Este descubrimiento es «maravilloso», afirma Jim Collins, bioingeniero del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT), especializado en el descubrimiento de antibióticos. «Me sorprende que no hayamos estudiado las arqueas antes».
Aunque antes se consideraban bacterias, las arqueas ahora se reconocen como un dominio separado de la vida, basándose en diferencias genéticas y bioquímicas con las bacterias y los eucariotas, que incluyen los hongos y la vida multicelular. Las arqueas, por ejemplo, no tienen el mismo tipo de pared celular externa que las bacterias y carecen del núcleo celular separado de los eucariotas y de los orgánulos delimitados por membranas. Sin embargo, las arqueas, las bacterias y los eucariotas unicelulares conviven en numerosos entornos, como en el tracto digestivo de las personas, donde contribuyen a la producción de metano, y en el intestino grueso de las termitas, donde ayudan a digerir la madera. «Si viven juntos en el mismo nicho, es probable que no siempre se lleven bien», afirma Tobias Warnecke, bioquímico de la Universidad de Oxford.
12.000 posibles péptidos con potencial antimicrobiano
Para ver si el conflicto potencial impulsó a las arqueas a desarrollar un arsenal antibiótico, los investigadores dirigidos por Cesar de la Fuente, ingeniero biomolecular de la Universidad de Pensilvania, entrenaron un algoritmo de inteligencia artificial (IA) para escanear sus proteomas, la secuencia completa de aminoácidos de todas las proteínas de un organismo. Buscaron fragmentos de proteína llamados péptidos encriptados que a menudo tienen propiedades antimicrobianas y se crean comúnmente cuando se descomponen proteínas más grandes. El escaneo de los proteomas de 233 especies de arqueas reveló más de 12.600 probables péptidos encriptados , informan de la Fuente y sus colegas en Nature Microbiology .
La IA también calificó cada hallazgo según su probabilidad de actividad antimicrobiana, y el equipo de de la Fuente sintetizó 80 de los péptidos más prometedores. El grupo descubrió que el 93% de estos mostró actividad antibacteriana in vitro contra patógenos humanos peligrosos como Staphylococcus aureus y Klebsiella pneumoniae. Estudios in vitro posteriores demostraron que la mayoría de estos péptidos destruyen las bacterias despolarizando sus membranas citoplasmáticas internas, una estrategia muy diferente a la de muchos péptidos antimicrobianos conocidos, que comúnmente perforan la membrana externa de las células bacterianas.
Collins califica el mecanismo de «descubrimiento muy interesante». Finalmente, el equipo de De la Fuente demostró en ratones que un péptido, llamado arqueasina-73, reducía la carga de bacterias peligrosas que infectan heridas tanto como la polimixina B, un tratamiento antibiótico de última línea.
En un esfuerzo separado descrito hoy en PLOS Biology, Warnecke y sus colegas abordaron la búsqueda de antimicrobianos en arqueas desde una dirección diferente . Las bacterias, a diferencia de las arqueas, cubren sus membranas citoplasmáticas celulares con una pared formada por un ensamblaje en forma de malla de péptidos llamado peptidoglicano. Entonces, se preguntaron si las arqueas albergan enzimas degradadoras de peptidoglicano llamadas hidrolasas para defenderse contra la invasión bacteriana en su territorio. De hecho, el grupo encontró estas enzimas en el 5% de las más de 3.700 especies de arqueas que estudiaron. Los estudios de la estructura de las proteínas sugieren que muchas se secretan fuera de la célula, y el equipo de Warnecke incluso encontró evidencia de que algunas arqueas tienen inyectores moleculares similares a jeringas para entregar estas proteínas a las bacterias. Cuando se expusieron a las bacterias en el laboratorio, algunas de las hidrolasas trituraron su peptidoglicano y las mataron.
Warnecke y de la Fuente advierten que las enzimas y péptidos recién identificados distan mucho de ser medicamentos reales que podrían salvar la vida de los pacientes. Sin embargo, ambos argumentan que es casi seguro que existen muchos más antibióticos en arqueas por descubrir. Warnecke afirma: «Esto probablemente sea solo la punta del iceberg».
