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¿Puede el software predecir la resistencia de las superbacterias a nuevas drogas?
El aumento de las bacterias resistentes a los medicamentos, como el SARM, hace que sea cada vez más difícil controlar incluso las infecciones comunes, como la neumonía o las infecciones del tracto urinario con antibióticos estándar. Después de una exposición repetida, los insectos mutan en cepas que son inmunes a las drogas que una vez los mataron.
Los científicos han desarrollado un software que puede predecir el próximo movimiento de una superbacteria cuando desarrolle resistencia a los medicamentos.
Crédito de la imagen: Lei Chen y Yan Liang.
Claramente, existe una necesidad desesperada de nuevos medicamentos para combatir estas superbacterias. Pero también hay otra opción: prolongar la vida útil de un medicamento. Ahora, los investigadores han desarrollado un algoritmo de computadora que puede ayudar en esta área.
Imagine la guerra contra una superbacteria como un juego de ajedrez, con cada movimiento que hace su oponente siendo una mutación en la superbacteria que lo hace más resistente a los medicamentos.
Para tener una buena oportunidad de ganar, ayuda a anticipar los movimientos contrarios más probables de tu oponente.
Ahora, un equipo de investigadores, incluidos miembros de la Universidad de Duke en Durham, Carolina del Norte, ha desarrollado un algoritmo informático que ofrece una gran posibilidad de ganar una gran cantidad de su propio juego.
El software - llamado OSPREY - predice las mutaciones más probables que un error desarrolla en respuesta a un medicamento nuevo incluso antes de que el medicamento se administre a los pacientes.
Escribiendo en el procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias, el equipo describe cómo probaron OSPREY con la superbacteria MRSA (resistente a la meticilina) Staphylococcus aureus).
Los investigadores programaron el algoritmo para identificar los cambios genéticos que MRSA tendría que sufrir para volverse resistentes a una nueva clase prometedora de fármaco experimental. Y cuando expusieron MRSA a los nuevos medicamentos, descubrieron que en realidad surgieron algunos de los cambios genéticos que el software había predicho.
"Esto nos da una ventana hacia el futuro para ver qué harán las bacterias para evadir las drogas que diseñamos antes de que se implemente un medicamento", dice el autor Bruce Donald, profesor de informática y bioquímica en Duke.
El equipo espera que el enfoque que están desarrollando les dé a los diseñadores de fármacos una ventaja en la carrera contra las superbacterias, como explica el coautor y estudiante de posgrado de Duke, Pablo Gainza-Cirauqui:
"Si de alguna manera podemos predecir cómo las bacterias podrían responder a un medicamento en particular con anticipación, podemos cambiar el medicamento, o planificar el próximo, o descartar terapias que probablemente no se mantengan vigentes por mucho tiempo".
Formas resistentes de Staphylococcus aureus ahora mata a 11,000 personas en los EE. UU. cada año, más que el VIH. En 1975, alrededor del 2% de las infecciones causadas por la bacteria eran resistentes al tratamiento, aumentando al 29% en 1991, y ahora la proporción es del 55%.
Dependiendo de la droga, puede tomar hasta 20 años para que surjan las cepas resistentes. Algunas veces solo toma 1 año.
La capacidad de anticipar nuevas mutaciones supera la búsqueda de "bibliotecas" de mutaciones conocidas
El equipo cree que enfoques como OSPREY superan el método actual donde los científicos tienen que buscar "bibliotecas" de mutaciones de resistencia previamente observadas, un enfoque que no es necesariamente satisfactorio para predecir mutaciones futuras. El Prof. Donald explica:
"Con un nuevo medicamento, siempre existe la posibilidad de que el organismo desarrolle mutaciones diferentes que nunca antes se habían visto. Esto es lo que realmente preocupa a los médicos".
OSPREY - que significa Proteína de código abierto REdesign for You - se basa en un algoritmo de diseño de proteínas. Identifica los cambios en las secuencias de ADN en la bacteria que permitirían que la proteína resultante bloquee la droga sin dejar de funcionar normalmente.
El equipo probó OSPREY con una nueva clase de medicamentos llamados antifolatos ligados al propargilo que atacan una enzima bacteriana llamada dihidrofolato reductasa (DHFR), que se usa para construir ADN y otras tareas. Las drogas, aún por probar en humanos, se muestran prometedoras como un nuevo tratamiento para las infecciones de MRSA.
Usando OSPREY, el equipo ideó una lista clasificada de posibles mutaciones. Escogieron cuatro, ninguno de los cuales se había visto antes.
Una mutación pronosticada redujo la eficacia del fármaco en un 58%
Cuando trataron MRSA con los nuevos medicamentos, descubrieron que más de la mitad de las bacterias que sobrevivieron portaban la mutación que predijeron que le daría al organismo la mayor cantidad de resistencia: un pequeño cambio en el ADN bacteriano que redujo la efectividad de los nuevos fármacos 58%.
"El hecho de que encontremos realmente las nuevas mutaciones predichas en las bacterias es muy emocionante", dice el profesor Donald, agregando que el enfoque podría ampliarse para anticipar las respuestas del error con más de un movimiento adelante:
"Incluso podríamos engatusar a un patógeno para que desarrolle mutaciones que le permitan evadir un fármaco, pero eso lo hace particularmente susceptible a un segundo fármaco, como un golpe de uno o dos".
El equipo ahora está mejorando OSPREY para predecir mutaciones de resistencia a fármacos diseñados para tratar E. coli y Enterococcus infecciones.
Creen que OSPREY será útil para predecir la resistencia a los medicamentos contra el cáncer, el VIH, la gripe y otras enfermedades en las que cultivar cepas resistentes es más difícil que con las bacterias.
El Prof. Donald y sus colegas están desarrollando OSPREY en formato de código abierto, por lo que está disponible de forma gratuita para que los utilice cualquier investigador.
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