De la misma manera que los buscadores de la fiebre del oro extrajeron una vez las colinas del norte de California en busca de un metal precioso y brillante, los «bioprospectores» están buscando un nuevo premio: moléculas antimicrobianas potenciales, y los están buscando en el microbioma humano.
por Delthia Ricks, Medical Xpress
Durante casi dos décadas, los científicos han estado levantando el velo del misterio de las comunidades microbianas que llaman hogar a los humanos. Ahora, ven el microbioma como una fuente sin explotar de moléculas que pueden ayudar a combatir las infecciones y posiblemente a tratar otros procesos de enfermedades.
Un equipo de bioprospectores de la Universidad de Princeton dirigido por el Dr. Yuki Sugimoto ha combinado la bioinformática con la biología sintética para identificar moléculas pequeñas biológicamente activas con capacidades similares a las drogas. Al utilizar su nuevo algoritmo computacional, Sugimoto y sus colegas pudieron iluminar las huellas dactilares de ADN de moléculas antimicrobianas potencialmente potentes.
«El microbioma humano alberga miles de especies bacterianas de composición variada entre diferentes sitios del cuerpo humano y entre individuos», señaló Sugimoto, un becario postdoctoral en el laboratorio del Dr. Mohamed Donia, biólogo molecular de Princeton.
El microbioma está compuesto por una multitud de microbios comensales que residen en nosotros, definidos por vastas colonias de bacterias, e incluso virus y hongos beneficiosos que prosperan simbióticamente como parte del ecosistema personal de cada individuo. Aunque se han logrado avances notables en los últimos años para dilucidar los efectos del microbioma sobre la salud y la enfermedad humana , las moléculas y los mecanismos subyacentes que rigen estos efectos han permanecido en gran parte inexplorados, al menos hasta ahora.
La investigación de bioprospección de Princeton es un área novedosa en el campo creciente de investigaciones de microbiomas humanos, que en los últimos años ha pasado de ser un foco de investigación arcano a una empresa multimillonaria a medida que las empresas biotecnológicas y farmacéuticas han comenzado proyectos.
Académicamente, el Proyecto del Microbioma Humano, una iniciativa de los Institutos Nacionales de Salud de EE. UU., Que se desarrolló entre 2007 y 2016, fue un esfuerzo inicial diseñado para desarrollar una comprensión «global» del papel desempeñado por la flora microbiana humana. Una segunda fase, el Proyecto Integrativo de Microbioma Humano, que se lanzó en 2014, tiene como objetivo caracterizar aún más a las comunidades comensales y su impacto en los procesos de la enfermedad, así como su papel en la salud física y mental.
Sugimoto, cuya experiencia en investigación es en biología sintética y que recibió un doctorado de la Universidad Friedrich-Schiller en Alemania, se ha centrado en identificar moléculas biológicamente activas derivadas de microbiomas. Sus últimos datos, publicados en Science, arrojan nueva luz sobre la potencia de la microbiota humana y el papel potencial que juegan estos microbios en el desarrollo de medicamentos antimicrobianos del futuro.
La investigación no es descabellada, dado el pasado largo e histórico del desarrollo de antibióticos. Por ejemplo, la actividad antimicrobiana de los hongos se conoce desde hace casi 100 años tras el descubrimiento accidental de penicilina por Alexander Fleming en 1928. El descubrimiento de la Universidad de Rutgers en 1943 del antibiótico estreptomicina, un medicamento derivado de la bacteria del suelo, Streptomyces griseus y otros hallazgos, Además, sentó las bases para los estudios que demuestran cómo organismos aparentemente simples pueden producir moléculas complejas y biológicamente activas. Se ha necesitado hasta ahora para comprender el potencial de las moléculas que poseen una capacidad similar entre las comunidades microbianas del microbioma.
Sugimoto y sus colegas describen el microbioma humano como un recurso incomparable para identificar las estructuras químicas de los nuevos medicamentos. «Descubrimos que los miembros de una clase de moléculas de uso clínico están ampliamente codificados en el microbioma humano, y que ejercen potentes actividades antibacterianas contra los microbios vecinos», escribieron Sugimoto y el equipo en Science . «Nuestro enfoque allana el camino hacia una presentación sistemática del repertorio químico codificado por el microbioma humano».
En su búsqueda, los investigadores confiaron en su enfoque personalizado, un algoritmo informático que les permitió buscar una gran cantidad de fragmentos moleculares. Este enfoque bioinformático, MetaBGC (que significa grupo de genes biosintéticos de metagenoma), les permitió descubrir moléculas nunca antes reportadas del microbioma humano . Se centraron en muestras de la boca, intestino y piel, sitios biológicos ricos en colonias microbianas.
Encontraron múltiples enzimas nuevas, BGC de policétido sintasa de tipo II, o simplemente BGC de TII-PKS, de los tres sitios. Las moléculas TII-PKS son bien conocidas porque una enzima TII-PKS es un componente importante en el medicamento doxorrubicina, un medicamento contra el cáncer con actividad antibiótica. Además de su papel en el tratamiento del cáncer, la doxorrubicina también se usa como un ensayo para detectar bacterias ambientales.
Para evaluar la importancia de su hallazgo sobre las moléculas de TII-PKS BGC, Sugimoto y su equipo de bioprospectores analizaron muestras de personas de todo el mundo: Estados Unidos, Dinamarca, España, Fiji y China. Descubrieron que, independientemente de la ubicación geográfica, las personas poseían genes para estas moléculas, lo que sugiere que están muy extendidas en las poblaciones humanas.
«La diversidad estructural observada en los productos de dos de los 13 BGC descubiertos aquí, y el hecho de que se asemejan en su estructura o actividad biológica a fármacos usados clínicamente, claramente motiva nuevas investigaciones funcionales en esta clase», dice Sugimoto.
«Estas investigaciones no solo servirán como una vía importante para dilucidar las interacciones microbioma-huésped a nivel molecular, sino que también servirán como un recurso sin precedentes para el descubrimiento de fármacos dentro del cuerpo humano».
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