Bacterias antárticas contra la resistencia a antibióticos

El Dr. Marcelo González, del INACH, tomando muestras de suelo en la morrena del glaciar Collins (sector norte de la península Fildes, valle Klotz).

La frase “Lo que no te mata, te fortalece” parece ser cierta en el caso de las bacterias. El uso excesivo e indiscriminado de los antibióticos a nivel mundial, ha provocado la aparición de bacterias multirresistentes a los antibióticos. Por esta razón, la búsqueda de nuevas formas de control de estas bacterias lleva a dar una mirada 
a los biorrecursos disponibles en la Antártica, que por
 las características de su hábitat se convierte en una atractiva fuente a explorar. El proyecto “Péptidos antimicrobianos de bacterias antárticas: Síntesis y optimización para
el control de bacterias patógenas en alimentos”, de
 la Pontificia Universidad Católica de Valparaíso y del Instituto Antártico Chileno (INACH), financiado por Corfo, ha logrado clasificar
 hasta el momento 24 cepas de bacterias antárticas, la mayoría de ellas con actividad contra cepas de bacterias multirresistentes aisladas de hospitales chilenos y contra bacterias tipo. Este proyecto apunta al desarrollo de nuevos productos bioactivos que puedan ser aplicados contra las bacterias multirresistentes y además contra bacterias que afectan la industria alimentaria (como Listeria monocytogenes).
A pesar de que los antibióticos han sido usados para tratar infecciones bacterianas desde 1940, el primer antibiótico, Salvarsan, fue descubierto en 1910 y se usó para tratar la sífilis. A ello siguió el gran descubrimiento de la penicilina por Alexander Fleming en 1928. En 1943, la aparición de la estreptomicina, la primera droga usada para controlar la tuberculosis, permitió a sus descubridores Selman Waksman y Albert Schatz acuñar el término “antibiótico”. A estos, han seguido sucesivas caracterizaciones de moléculas activas que al día de hoy suman más de 4.000 con potencialidad antibiótica de uso clínico.

Las características básicas de los antibióticos

Los antibióticos son producidos mediante fermentación por hongos, levaduras y bacterias, y mediante síntesis química se producen antibióticos derivados de los mismos, lo que permite modificar su espectro de acción y modalidad de aplicación.
Su uso como herramienta terapéutica puede ser externo o tópico, o interno o sistémico, siendo el objetivo provocar la inhibición del crecimiento de un microorganismo sensible (bacteriostático) o bien su muerte (bactericida).

Considerando que los antibióticos se usan
 para controlar microorganismos, principalmente bacterias, su acción preferencial es la inhibición de procesos vitales en ellas o interrumpir alguna vía esencial de su metabolismo, sin que ello afecte en forma significativa los procesos equivalentes en los organismos superiores a los que se administra la droga.

El problema actual: la resistencia a los antibióticos

El uso excesivo y en muchos casos indiscriminado de los antibióticos
 a nivel mundial, ha tenido como consecuencia que diversos campos
 del quehacer humano se han visto progresivamente afectados por la aparición de bacterias multirresistentes, tanto a los antibióticos clásicos como a los de última generación. Estas bacterias, por estar presentes
 en los alimentos, pueden provocar daños económicos y a la salud de los consumidores, como ha sido el caso de la bacteria Listeria monocytogenes.

La industria ha avanzado en el control de estos patógenos aplicando métodos físicos, químicos y biológicos tradicionales. Estos últimos se han desarrollado como una alternativa más amigable con el medioambiente, siendo las bacteriocinas las que han acaparado la atención de la industria biotecnológica.

Las bacteriocinas son moléculas con capacidad bacteriostática y bactericida. Diversas bacterias son capaces de producir bacteriocinas. Los probióticos que se agregan a alimentos, como el yogurt, son un ejemplo de esto. En este contexto, las bacteriocinas representan una alternativa novedosa de control en la industria alimentaria y en prevención de enfermedades o profilaxis.

Antártica: fuente para una nueva generación de bacterias antimicrobianas

La Antártica es el continente más frío, seco y con vientos intensos, donde solo los organismos adaptados a estas condiciones extremas logran sobrevivir. A pesar de que también se le considera un lugar prístino, se
 ha comprobado que posee una abundante y muy diversa comunidad microbiana y que se ve continuamente sembrado por microorganismos que no son propios del lugar. Este hecho, sin lugar a dudas, tiene que ver con la llegada del hombre y la globalización que implica. A pesar de ello, debiese ser uno de los lugares menos proclives a ser afectados por la multirresistencia de las bacterias, abriendo la posibilidad de encontrar nuevas fuentes de moléculas con potencial antimicrobiano.

A partir de la colección del INACH de bacterias antárticas, ha sido posible seleccionar diversas cepas pertenecientes a los géneros Pseudomonas y Actinomicetes. Dichas cepas representan nuevas especies, por lo cual la generación de nuevos productos las hace atractivas para su aplicación en proyectos de innovación.
 
La bioprospección antártica está generando beneficios significativos para Chile. Nuestras ventajas comparativas respecto de otros países, 
se basan en la proximidad de Chile al Continente Blanco, por lo que los costos operativos para este tipo de labores se reducen significativamente. Por otro lado, diversos grupos de microorganismos, como los hongos 
filamentosos y las levaduras de origen polar, han ido concitando creciente interés por parte de investigadores chilenos.
 
El INACH posee una colección de bacterias antárticas caracterizadas filogenética y bioquímicamente con propiedades antibacterianas. Muchas de ellas presentan actividad sobre bacterias multirresistentes a los antibióticos y sobre Listeria monocytogenes.
En el gráfico se observa cómo la cepa antártica IB20 posee una notable actividad antibacteriana, por ejemplo, ante la conocida bacteria Escherichia coli. Luego de la selección de cepas con actividad antibacteriana, se secuencia su genoma, se purifican y caracterizan 
las propiedades relevantes de acuerdo con el proyecto, se sintetizan los péptidos activos y se realizan ensayos de actividad sobre bacterias patógenas y pruebas en plantas frigoríficas.


En colaboración con el Laboratorio de Genética e Inmunología (GIM)
 y con el Núcleo Biotecnología Curauma (NBC), ambos de la Pontificia Universidad Católica de Valparaíso, se desarrolla actualmente el proyecto Innova de Corfo de I+D denominado “Péptidos antimicrobianos de bacterias antárticas: Síntesis y optimización para el control de bacterias patógenas en alimentos”. Este proyecto cuenta con la participación
 de empresas de la región de Magallanes, como Frigorífico Simunovic, Swanhouse y Cecinas München.

Este proyecto, luego de un año, ha logrado la purificación de moléculas activas producidas por estas bacterias y la selección de aquellas que poseen una mejor actividad antibacteriana. Las siguientes etapas contemplan la síntesis de péptidos activos a partir de la estructura primaria de estas moléculas para así optimizar su actividad contra bacterias multirresistentes o patógenas presentes en alimentos que pasan por etapas de congelación.
Primeros resultados

Las 24 cepas de bacterias antárticas que han sido clasificadas corresponden a los géneros Pseudomona, Arthrobacter, Pedobacter, Actinobacteria y Streptomyces. La mayoría de estas bacterias presentó actividad contra cepas de bacterias multirresistentes aisladas de hospitales chilenos y contra bacterias tipo.
 
Con base en esta información hemos seleccionado las cepas con amplio espectro de actividad y a partir de ellas se ha realizado la extracción y purificación de los productos activos.

El siguiente paso será el análisis con herramientas bioinformáticas o análisis in silico de estas secuencias para el diseño y síntesis de productos peptídicos que serán optimizados para ser aplicados contra las bacterias multirresistentes y además contra bacterias que afectan la industria alimentaria como Listeria monocytogenes.

Por Constanza Cárdenas, Marcelo González y Sergio Marshall
Pontificia Universidad Católica de Valparaíso e Instituto Antártico Chileno
Versión completa en Boletín Antártico Chileno, vol. 32, disponible en www.inach.cl.