Nuevos antibióticos para un futuro desafiante

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martes, 24 noviembre, 2020
Bioemprender

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Metabolitos prometedores, actinobacterias y olor a tierra mojada

En los últimos años están emergiendo nuevas bacterias resistentes a los antibióticos utilizados actualmente en la clínica, lo cual supone un problema para el tratamiento de las enfermedades. Por ello, es urgente encontrar nuevos antibióticos para poder tratar, en un futuro, a los pacientes que sean infectados por estas bacterias.

¿Y dónde encontrar nuevos antibióticos? La respuesta puede estar en un grupo especial de microorganismos: las actinobacterias. Las actinobacterias son bacterias filamentosas que forman esporas y que destacan por su gran habilidad para producir metabolitos secundarios, es decir, sustancias que no son vitales para el desarrollo normal de las células pero que le dan una ventaja frente al resto. Los antibióticos, por ejemplo, son metabolitos secundarios.

De los aproximadamente 23000 compuestos bioactivos fabricados por microorganismos y que han demostrado ser útiles para el ser humano, unos 10000 proceden de las actinobacterias y, entre ellas, el género Streptomycesproduce unos 7600 compuestos con propiedades útiles en el ámbito médico, agrícola, industrial…

Seguramente todos hayas estado cerca de bacterias del género Streptomyces¿Qué olor percibes cuando llueve?El olor a tierra mojada se debe a la geosmina, una molécula producida por estas bacterias. Esta es una de las muchas moléculas que pueden fabricar estas singulares bacterias.

La respuesta pudo haber estado siempre ahí, en el suelo que pisamos

Al contrario que la mayoría de bacterias, Streptomyces crece formando filamentos (hifas), como un hongo, que conforman el denominado micelio sustrato, que sirve para anclar toda la colonia de células al medio. Para reproducirse, forman un micelio aéreo, de color blanco, que sale del medio sólido donde crecen las bacterias y acabará formando las esporas.

Hay muchas especies de Streptomyces, pero para su estudio en el laboratorio se utiliza como organismo modelo a Streptomyces coelicolor. Esta especie produce, entre otras sustancias, dos antibióticos que no se usan en la clínica, pero que, debido a su pigmentación, nos permiten estudiar el efecto de diversas condiciones o modificaciones que hagamos en el laboratorio. Estos antibióticos son la undecilprodigiosina, de color rojo, y la actinorrodina, de color azul (de ahí coelicolor, color del cielo).

Son bacterias que viven mayoritariamente en el suelo, un hábitat bastante ajetreado: los cambios de clima, los animales, nosotros pisoteando todo… También hay Streptomyces que habitan en el mar y, al igual que el suelo, es un ambiente en el cual los nutrientes son muy variados y cambian rápidamente. Por ello, estas bacterias poseen una gran capacidad de metabolizar los compuestos que encuentran y de adaptarse al medio. Podríamos decir que poseen un “arsenal” de proteínas para alimentarse y saber si el medio es adecuado o no para crecer, producir antibióticos o esporular. 

Ya hemos dejado claro que los Streptomyces son bacterias singulares, pero ¿nos pueden ayudar a encontrar nuevos antibióticos?

El enorme potencial de Streptomyces

El punto estrella de Streptomyces, por el cual ha suscitado interés en la comunidad científica, es la potente habilidad para producir metabolitos secundarios de interés para el ser humano. Estos metabolitos incluyen antibióticos, antifúngicos, antivirales, inmunosupresores e, incluso, antitumorales.

El genoma de Streptomyces contiene una gran cantidad de clústeres de genes biosintéticos, es decir, grupos de genes cercanos que permiten que las bacterias produzcan unas proteínas que se encargan de fabricar estos compuestos de interés. Gracias a la secuenciación masiva se ha determinado que cada Streptomyces podría fabricar de 20 a 40 metabolitos secundarios distintos.

A pesar de saber esto, muchos de estos clústeres se encuentran silenciados en las condiciones del laboratorio donde se estudian estas bacterias y se desconoce qué sustancias pueden ser producidas a partir de ellos. Se están empleando diversas estrategias, como el cambio de condiciones de cultivo o la edición genética, para activar estos genes y descubrir nuevos compuestos con potenciales aplicaciones antibióticas.

Por si fuese poco, la producción de estos metabolitos secundarios está muy controlada. Muchas señales que desencadenan la producción de estas moléculas son aún desconocidas. Es necesario, entonces, estudiar cómo se regula todo lo que sucede en las células a nivel del ADN y de las proteínas producidas. Si conocemos cómo se producen los antibióticos y qué necesita la célula para ello, podremos mejorar su producción y descubrir nuevas sustancias.

¡Aún nos queda mucho por descubrir de estas increíbles bacterias!

Referencias:

Ran Liua, Zixin Denga, Tiangang Liua (2018). “Streptomyces species: Ideal chassis for natural product discovery and overproduction”. Metabolic Engineering 50, 74–84.

Richa Salwana, Vivek Sharmab (2020). “Molecular and biotechnological aspects of secondary metabolites in actinobacteria”. Microbiological Research 231, 126374.

Keith F. Chater (2016). “Recent advances in understanding Streptomyces”. F1000Research, 5(F1000 Faculty Rev):2795.

Autor: Javier García Martín

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