A investigadora Lucía Ageitos da UDC recibiu un dobre premio por unha investigación sobre o veleno de avespa
A doutora Lucía Ageitos Castiñeiras, que investiga no grupo Pronamar do Centro Interdisciplinar de Química e Bioloxía (CICA) da Universidade da Coruña (UDC), participou nu estudo do grupo do Dr. César de la Fuente, Machine Biology, na facultade de Pennsylvania. O traballo, no que converten péptidos (compostos formados pola unión de dous ou más aminoácidos) tóxicos extraídos de veleno de avespa nun eficaz antibiótico, recibiu o recoñecemento de 'Hot-Paper 2023' do Cell Reports Physical Science ademais do de 'Best Paper of 2023' pola editorial Cell Press. O propio proceso de modificación racional da secuencia de aminoácidos que conforman o péptido antimicrobiano de veleno de avespa reduciu a toxicidade á vez que aumentou a súa eficacia antibiótica.
Potenciais antibióticos que non xeran resistencia antimicrobiana
Os antibióticos tradicionais teñen a capacidade de penetrar nas bacterias e afectar o funcionamento celular resultando letais. O inconveniente deste mecanismo é que lles permite adquirir adaptacións para combater a letalidade e mutar creando novas xeracións de bacterias resistentes a ese antibiótico. Este proceso agudízase ao facer un mal uso destes tratamentos. Cando non terminamos a dose que se nos receitou, é máis probable que sobrevivan bacterias que, tras a exposición ao antibiótico, aprenden a combatelo.
O elemento diferenciador dos péptidos antimicrobianos que a doutora Ageitos emprega na súa investigación é que estes, grazas a modificacións que realiza na súa estrutura, adquiren a capacidade de romper a membrana celular. Isto resulta letal para a bacteria xa que non lle dá tempo a mutar ou a xerar unha adaptación a ese péptido. De feito, para confirmarse de que non se xeran adaptacións, usou bacterias hipermutantes, unhas con gran facilidade para adquirir cambios xenéticos e adaptacións herdables pola descendencia, atopando que nin con ese tipo de poboacións se xerou resistencia aos seus péptidos antimicrobianos.
Un veleno que pode curar
Cando unha avespa pica a outro animal faio a través dunha pequena ferida. Con iso, ademais de inocular o seu veleno, exponse ao risco de ser contaxiada por patóxenos como bacterias, fungos ou virus que poida ter ese individuo. Con todo, a evolución destes himenópteros dotounos dunha adaptación protectora, os seus velenos teñen substancias antibióticas para previr estas infeccións. Atraído por esta calidade, o grupo de investigación de César de la Fuente, Machine Biology, estuda na Universidade de Pensilvania unhas biomoléculas atopadas en substancias tóxicas producidas por avespas e outros animais chamadas péptidos. Estes están construídos por cadeas de aminoácidos, coma se dun colar de perlas tratásese. Existen distintos tipos de perlas (aminoácidos) e cada un é único en estrutura e propiedades fisicoquímicas, polo que, dependendo da combinación de perlas, os colares (péptidos) poderán ter funcións moi diferentes.
O equipo do doutor de la Fuente coñece que secuencias e combinacións de aminoácidos dan lugar a calidades fisicoquímicas con capacidade antibiótica polo que centraron o seu traballo nos péptidos do veleno de avespa Eumenes micado, detectando unha gran actividade antimicrobiana pero un problema para a súa aplicación en humano, xa que a súa administración resulta tóxica.
A modificación dos aminoácidos elimina a toxicidade e mellora o antibiótico
Antes de enfrontar o problema da toxicidade do veleno de avespa, o equipo centrouse en maximizar as propiedades antibióticas do péptido para comprobar o seu potencial. Se este non tiña un espectro antibacteriano capaz de combater máis tipos de bacterias que os actuais carecería de interese clínico.
O estudo comeza coa análise do péptido orixinal extraído de Eumenes micado no que levan a cabo un escaneo de alaninas, que son un tipo de aminoácidos. A alanina é un aminoácido de pequeno tamaño e quiral, o que lle confire a propiedade de non virar o resto da cadea de aminoácidos. Cambiar un aminoácido presente no péptido natural por unha alanina non afecta á estrutura, ás propiedades fisicoquímicas nin á interacción con moléculas veciñas. Neste punto, realizaron unha reprogramación de péptidos naturais: substituíron cada aminoácido do péptido por unha alanina dando lugar unha primeira xeración de péptidos; tantos como aminoácidos ten o péptido orixinal. Por exemplo, se ten 14 aminoácidos, probarán a cambiar o primeiro por unha alanina, na seguinte proba o segundo e así ata conseguir a súa primeira xeración de 14 péptidos modificados.
Unha vez comprobada a actividade e propiedades fisicoquímicas da primeira xeración de péptidos xa coñecen que lugares da cadea confiren ou restan propiedades antimicrobianas ao péptido e poden pasar a un segundo escaneo, esta vez de lisinas (Lys-scanning mutagénesis). Estando este aminoácido cargado positivamente, posiciónano en lugar de cada aminoácido que estaba a restar propiedades antibióticas ao péptido orixinal. Con estas modificacións conseguen unha molécula optimizada para interactuar coa membrana das bacterias destruíndoas. O potencial desta edición de péptidos é tal que conseguiron un máis activo tanto contra bacterias gram negativas como contra bacterias gram positivas. Ademais, ao conseguir un péptido máis cargado positivamente non só potenciaron a súa afinidade polas bacterias, cargadas negativamente, senón que rebaixaron drasticamente a súa afinidade polas células humanas sas, eliminando a toxicidade.
Sendo os estudos orixinais fose de organismos vivos, o seguinte paso foi comprobar a eficacia antibiótica e redución da toxicidade in vivo. Tras descartar a toxicidade con probas cutáneas en capas superficiais da pel de ratos, procederon a inocular bacterias en capas máis profundas á vez que administraban o seu péptido antibiótico observando que os seus péptidos son capaces de reducir máis de 10000 veces a cantidade de bacterias. Estes resultados, xunto coa baixa toxicidade e a imposibilidade das bacterias de desenvolver resistencia aos seus mecanismos de acción, presentan aos péptidos descritos neste traballo como prometedoras alternativas aos antibióticos convencionais.