Las bacterias resistentes a los antibióticos podrían tener los días contados

Células de la Acinetobacter baumannii antes (izquierda) y después (derecha) del tratamiento con policarbonato con grupos funcionales de guanidina. El polímero desnaturaliza las proteínas del citoplasma, matando a la bacteria. / Agency for Science, Technology and Research (A*STAR), Singapore

Investigadores de China, EEUU y Singapur han sintetizado una sustancia con propiedades antimicrobianas que destruye eficazmente las bacterias ESKAPE resistentes a la mayoría de antibióticos. Como dicen los científicos en Nature Communications, el polímero con grupos funcionales de guanidina se descompone y no es tóxico, y no provoca la aparición de resistencia bacteriana.

El acrónimo ESKAPE une los nombres de patógenos que son altamente resistentes a la mayoría de los antibióticos y causan la mayoría de las infecciones hospitalarias en todo el mundo. Recientemente, se produjo en las bacterias la propagación del gen que da resistencia a las polimixinas, antibióticos de reserva, que se usan cuando otros ya no funcionan. No es sorprendente que los investigadores estén buscando otros agentes antimicrobianos que puedan combatir eficazmente los patógenos.

Químicos y biólogos sintetizan péptidos y polímeros antimicrobianos. Estas sustancias, que tienen una carga positiva, se unen a la membrana bacteriana con carga negativa y la destruyen, lo que conduce a la muerte celular. A pesar de la eficacia y el amplio espectro de acción, los péptidos antimicrobianos son tóxicos y su producción es bastante costosa. La mayoría de los polímeros antimicrobianos descritos no se descomponen, y por lo tanto pueden acumularse en el cuerpo y eventualmente convertirse en tóxicos. Además, hasta ahora, su actividad en organismos vivos prácticamente no ha sido estudiada.

Por ello, un equipo internacional de investigadores dirigido por Yi Yan Yang, del Instituto de Bioingeniería y Nanotecnología de Singapur ha creado un polímero biodegradable y ha comprobado su actividad y la posible toxicidad no solo en cultivos de células, sino también en ratones. Los científicos han sintetizado polímero de policarbonato con grupos funcionales de guanidina. En estudios de laboratorio a menudo se usa guanidina para la desnaturalización de proteínas.

Estructura de policarbonato con grupos funcionales de guanidina. /Willy Chin et al. / Nature Communications, 2018

Primero, los investigadores probaron la actividad antimicrobiana del polímero en cultivos bacterianos y encontraron que los polímeros de 20 enlaces eran más efectivos. La toxicidad de la sustancia se probó en eritrocitos de rata y células embrionarias de riñón humano. El polímero no fue tóxico para los glóbulos rojos y fue menos tóxico para las células humanas que el antibiótico polimixina B, que además de su alta eficacia es muy dañino para los riñones. Los investigadores han demostrado que el policarbonato se descompone por completo durante tres días y los productos de descomposición no son tóxicos.

Los autores pusieron a prueba la actividad del polímero en los cultivos de los cinco patógenos ESKAPE, incluyendo el Pseudomonas aeruginosa y Methicillinresistant Staphylococcus aureus, MRSA. Los resultados mostraron que la sustancia destruye las bacterias con una eficacia del 99%-100%.

Con ayuda de la espectroscopía de fluorescencia y el microscopio electrónico de barrido y transmisión, los investigadores pudieron explicar el mecanismo de acción de la sustancia. Para ello, utilizaron el cultivo del patógeno ESKAPE Acinetobacter baumannii, que causa neumonía, meningitis y otras infecciones. Las moléculas de policarbonato se unieron a la membrana bacteriana y, sin destruirla, penetraron en la célula. Entonces la guanidina desnaturalizó las proteínas del citoplasma y se precipitaron, matando a la célula.

El mecanismo de acción del polímero. La molécula se une a la membrana bacteriana, penetra en la célula y desnaturaliza y precipita las proteínas del citoplasma. /Agency for Science, Technology and Research (A*STAR), Singapore

Para asegurarse de que las bacterias no producen resistencia al policarbonato, los investigadores llevaron a cabo 30 ciclos de procesamiento del cultivo celular Acinetobacter baumannii con un polímero. Hicieron crecer un cultivo y lo procesaron con un polímero en una concentración que permitió que algunas bacterias sobrevivieran. Luego, las volvieron a cultivar y nuevamente las trataron con policarbonato. Asimismo, los investigadores analizaron si aumentaba la cantidad de sustancia necesaria para la destrucción casi completa de patógenos. Como control, los científicos usaron el antibiótico imipenem. Después de 30 ciclos de tratamiento, la bacteria no desarrolló resistencia al polímero, mientras que A.baumannii desarrolló resistencia a imipenem en ocho ciclos.

Resumiendo, los científicos probaron la actividad y la toxicidad del polímero en ratones. Los contagiaron de acinetobacter, MRSA, Escherichia coli o Klebsiella pneumoniae, en concentraciones tales que sin tratamiento causara una mortalidad del 100% en 48 horas. Luego, a los animales se les administró un polímero o antibióticos con imipenem o vancomicina. Resultó que la dosis de policarbonato, necesaria para el 50% y 95% de supervivencia de los animales infectados, en tres de los cuatro patógenos, fue menor o comparable con la cantidad de antibióticos.

Anteriormente, los investigadores sugirieron tratar las infecciones hospitalarias con arcilla natural del lago canadiense Kisamit. Tiene actividad antimicrobiana que incluye la destrucción de patógenos ESKAPE. 

María Cervantes

Esta noticia ha sido publicada originalmente en N+1, ciencia que suma


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