Innovación
Utilizan como modelos dos bacterias de alto impacto en la salud pública, y que están consideradas por la OMS dentro de las de mayor riesgo en las próximas décadas por la falta de nuevos antibióticos: la Salmonella y la Escherichia coli.
Investigadores del Instituto de Ciencias Biomédicas de la Facultad de Medicina de la Universidad de Chile exploran las posibilidades de que el cuerpo humano pueda responder de mejor forma al ataque de bacterias. En específico, el grupo de científicos apunta a unas moléculas de oxígeno que pueden jugar un papel preponderante en el enfrentamiento entre los agentes externos y el sistema inmune.
Los trabajos se enfocan en dos modelos de bacterias, la Salmonella y la Escherichia coli, causantes de millones de casos de intoxicación cada año en el mundo por enfermedades gastrointestinales. De acuerdo a la Organización Mundial de la Salud, ambas se ubican en los niveles crítico y elevado de riesgo debido a problemáticas como la falta de desarrollo de nuevos antibióticos.
Assaf Katz, académico del programa de Biología Celular y Molecular es uno de los líderes de esta línea de investigación que apunta a comprender mecanismos de ciencia básica en traspaso de información genética a nivel celular, involucrados en los procesos de ataque y respuesta de las bacterias en el organismo.
En los últimos años, su laboratorio, instalado en el programa de Biología Celular y Molecular del ICBM, ha publicado dos estudios sobre el tema.
“Lo que hacemos es ver cómo las bacterias responden a distintas condiciones ambientales, y en especial al estrés oxidativo, una condición en la que distintos tipos de moléculas reactivas derivadas del oxígeno pueden dañar las células. En definitiva, cuando en el organismo existen más de estas moléculas con potencial de dañar la bacteria que moléculas que la protegen, decimos que la bacteria está en estrés oxidativo”, explicó el científico.
El estrés oxidativo es un proceso que se produce en nuestro cuerpo debido a un exceso de radicales libres y a la falta de antioxidantes para contrarrestarlos. El aumento de estos radicales libres en nuestro cuerpo da lugar a que nuestras células se oxiden, afectando y dañando sus funciones. También ocurre lo mismo en las bacterias, entre ellas, las analizadas en los modelos de Katz.
Las investigaciones en su laboratorio son financiadas por fondos públicos, en específico, Fondecyt, y esperan establecer bases de conocimiento que en el futuro respondan a problemáticas como las que actualmente describe la OMS: la falta de nuevos antibióticos podría hacer que una intoxicación o incluso una herida pueda tener un desenlace fatal para la persona que la sufre. Sería, algo así, como volver a las décadas iniciales del siglo XX.
Pero los trabajos que se llevan a cabo en ICBM no tienen que ver, necesariamente, con el potencial desarrollo de nuevos tratamientos convencionales contra las bacterias, sino, de manera eventual, como muchas veces ocurre en la ciencia, con contribuir con nuevas estrategias o blancos terapéuticos para hacer frente a una de las mayores amenazas sanitarias del siglo.
El estrés oxidativo supone un mecanismo protector que muchos seres vivos utilizan contra las bacterias. Katz precisa, por tanto, que no es un fenómeno propio de los seres humanos, sino biológico de distintas especies. En términos simples, lo que permite en la confrontación con las bacterias es destruirlas y, de esta manera, contribuir a que el sistema inmune pueda desactivar su amenaza antes de que vulneren distintos sistemas del organismo.
“Esta es una estrategia que utilizan los seres humanos y la mayoría de los animales para protegerse de las bacterias. Nuestro cuerpo tiene varios niveles de defensa, y uno de ellos se activa cuando esta ya logró romper las principales barreras, como la piel o la mucosa del intestino, y entra en contacto con zonas internas, los macrófagos y otras células del sistema inmune generan un ataque como respuesta”, sostiene.
“Y en ese ataque, las moléculas reactivas derivadas del oxígeno, generan este estado de estrés oxidativo en las bacterias”, expone el académico El objetivo de las investigaciones es entender, desde la ciencia básica, cómo se regulan estos procesos, una respuesta que podría tener impactos en el largo plazo en el contexto de la búsqueda de nuevas estrategias para combatir a estos microorganismos.
Eventualmente, esas estrategias podrían orientarse hacia nuevos blancos terapéuticos en el diseño de nuevos antibióticos o, según cree el bioquímico y doctor en ciencias del ICBM, indagar en potenciales e innovadores tratamientos en el largo plazo. De acuerdo a la OMS, la búsqueda de alternativas para hacer frente a las bacterias representa uno de los mayores desafíos sanitarios de este siglo.
El uso de los dos modelos escogidos para los estudios, la Salmonella y la E. coli tienen implicaciones pragmáticas y aplicadas. Por un lado, son dos bacterias que cuentan con gran cantidad de conocimiento de base, “lo que nos permite poder interpretar de mejor forma nuestros resultados”, precisa Katz.
Por otro lado, el interés es aplicado: ambas producen una serie de infecciones, principalmente gastrointestinales, por lo cual constituyen un riesgo relevante de salud pública. “ se han descrito cepas de estas bacterias que son resistentes a los antibióticos, sobre lo cual también hay múltiples estudios”, añade el investigador del programa de Biología Molecular del Instituto de Ciencias Biomédicas.
La infección por Salmonella, conocida como salmonelosis, afecta generalmente al tracto intestinal y ocasionalmente al torrente sanguíneo. Constituye una de las causas más comunes de gastroenteritis y produce varios millones de casos cada año en el mundo. Algunos de ellos pueden presentarse como brotes epidémicos.Si bien esta enfermedad puede ser contraída por cualquier persona, se reconoce que su incidencia es mayor entre bebés y niños.
La Salmonella se contagia a través del consumo de alimentos o agua contaminados y por el contacto con personas o animales infectados. Las personas expuestas a la Salmonella pueden presentar diarrea grave o leve, fiebre y en algunos casos, vómitos. Las infecciones del torrente sanguíneo pueden ser muy graves, especialmente en el caso de niños muy pequeños o personas de edad avanzada.
En tanto, la Escherichia coli (E. coli) es una bacteria que se encuentra normalmente en el intestino del ser humano y de los animales de sangre caliente. La mayoría de las cepas de E. coli son inofensivas. Sin embargo algunas de ellas, como E. coli productora de toxina Shiga, pueden causar graves enfermedades a través de los alimentos.
La bacteria se transmite al hombre principalmente por el consumo de alimentos contaminados, como productos de carne picada cruda o poco cocida, leche cruda, y hortalizas y semillas germinadas crudas contaminadas.
El equipo de investigadores ha generado dos recientes publicaciones recientes en la materia, cuyos resultados demuestran los avances en la comprensión de los mecanismos implicados en la protección frente a las bacterias. En ese contexto, otro mecanismo clave tiene relación que el traspaso de información genética a través de unas moléculas conocidas como “ARN de transferencia” o “ARNt”.
“Son moléculas que vienen en la base del mecanismo del uso de información en seres vivos. La información de los seres vivos está codificada en el ADN, pero el ADN solamente guarda la información. Y los que llevan a cabo la función son las proteínas. Y los dos, ADN y proteínas, son lo que llamamos polímeros, es decir, moléculas grandes que están hechas de la unión de muchas moléculas pequeñas”.
Para explicar cómo funciona este mecanismo, habitualmente se usa la analogía de una cadena: cada uno de los cuatro eslabones que la conforman implica una información de carácter limitada. A diferencia de los cuatro eslabones de nucleótidos del ADN, las proteínas tienen 20 eslabones de aminoácidos, por lo que se genera lo que el Dr. Katz califica como “un desfase de información”.
“Lo que ocurre en el ADN, que es este disco duro que no se usa para nada más que para guardar información, se transcribe a otra molécula en el mismo idioma, el ARN mensajero o ARNm. Después viene un proceso de traducción, que es la reescritura, pero en otro idioma, en este caso, el de las proteínas. Ahí, en esa interfaz se encuentra el ARN de transferencia, que es una molécula donde se combinan ambos idiomas”.
La regulación de este segundo paso en el traspaso de información genética, del ARN mensajero a las proteínas, está mucho menos estudiada que la del ADN al ARN. Por eso, el interés inicial de las investigaciones fue el de comprender el mecanismo de traducción, es decir, las vías por las cuales se traspasa información del ARN a las proteínas en las bacterias afectadas por el estrés oxidativo.
La primera investigación consistió en una búsqueda masiva para estudiar que le ocurre bajo estrés oxidativo a los ARN de transferencia , en la interfaz entre el ARN mensajero y las proteínas. Detectaron uno en particular que se inactiva bajo estrés oxidativo. Al extraerlo, logran observar que la bacteria no logra producir la proteína. “La bacteria cambia su comportamiento y la velocidad en que se producen las proteínas. Es decir, cambia la eficiencia con que interpreta el mensaje genético”.
Cuando este ARN de transferencia en particular estaba en la bacteria, esta era más eficiente en consumir azúcares y prevalecer en su medio. Según explica el Dr. Katz, esta idea podría derivar en la comprensión de los sistemas que utiliza la bacteria para protegerse de los macrófagos o células del sistema inmune. “Si tomamos como referencia la búsqueda de nuevos antibióticos, esto sería una alternativa distinta: en vez de matar a la bacteria, usar una alternativa para evitar que ésta se defienda”.
En la segunda investigación, continuidad de la primera, se enfocaron en el inicio del proceso de traducción, donde la célula elige el sitio del ARNm donde inicia a traducir o producir la proteína, bajo distintas condiciones de estrés.
Los trabajos tuvieron colaboraciones a nivel de otros laboratorios del ICBM y también con grupos en la Universidad Andrés Bello, en Chile, además de científicos en Suecia y Estados Unidos.
