Los científicos debilitan a las superbacterias al interferir con su metabolismo

Al interferir con su metabolismo celular, los científicos en los EE. UU. Han encontrado una manera de debilitar las bacterias resistentes a los antibióticos, en este caso E. coli, por lo que son una vez más susceptibles a los antibióticos existentes.
Los investigadores, del Instituto Wyss de la Universidad de Harvard y la Universidad de Boston, describen cómo ganaron esta batalla en particular en la guerra contra las superbacterias, con armas como sofisticados modelos informáticos y biotecnología, en un documento publicado en línea en Biotecnología de la naturaleza en Enero.
El autor principal Jim Collins, pionero de la biología sintética y líder del Centro de Biodinámica en la Universidad de Boston, dice en un comunicado publicado el lunes:
"Necesitamos urgentemente estrategias novedosas para aumentar nuestro arsenal de antibióticos".
Él se refiere a la crisis de los antibióticos, que ha llegado a un punto crítico gracias a la conciencia renovada de que nos estamos quedando sin medicamentos para tratar las superbacterias en evolución.
"Con pocos nuevos antibióticos en preparación, estamos encontrando nuevas formas de aprovechar y explotar ciertos aspectos de la fisiología bacteriana", dice Collins, quien también es profesor distinguido William F. Warren en Boston.

Producción ROS

Collins y sus colegas se enfocaron en un área poco entendida pero importante del metabolismo bacteriano conocida como "especies reactivas de oxígeno" o producción de ROS.
Los ROS son subproductos normales del metabolismo, el conjunto de reacciones químicas que mantiene vivas a las células, les permite crecer, reproducirse, mantenerse y responder a sus entornos.
ROS incluye moléculas como superóxido y peróxido de hidrógeno, que las bacterias normalmente pueden soportar. Pero por encima de ciertos niveles, las moléculas de ROS pueden dañar seriamente e incluso matar bacterias.
En trabajos anteriores, Collins y su equipo ya habían establecido que esto es cómo los antibióticos matan a las bacterias: aumentan la producción de ROS en la célula bacteriana, por lo que en efecto el insecto se envenena a sí mismo.

Modelos de computadora de E. coli Metabolismo

Pero, no estaba claro exactamente cómo E. colli produce ROS Así que Collins y su equipo decidieron investigar utilizando algunos sofisticados modelos informáticos.
Ya tenían un modelo de computadora que mapeaba la comprensión actual de E. coli metabolismo, simulando algunas de las reacciones químicas básicas involucradas.

Entonces comenzaron a agregar a este modelo de "nivel de sistema" cientos de reacciones más que se sabe que aumentan la producción de ROS.
Con meticulosa precisión, eliminaron varios genes, para ver cuáles participaban en la producción de ROS, y ejecutaron miles de simulaciones por computadora, antes de identificar finalmente algunos objetivos sospechosos.
Validaron el modelo en el laboratorio y encontraron el laboratorio los experimentos confirmaron del 80% al 90% de lo que habían predicho en las simulaciones por computadora.

El aumento de la producción de ROS en la célula bacteriana lo hizo más susceptible al ataque de antibióticos

El siguiente paso del desafío fue probar los resultados del en silico experimentar en células bacterianas reales. Aumentaría la producción de ROS en el E. coli células, lo hacen más susceptible a la muerte por la oxidación, que es antibiótico, ataque?
Descubrieron que sí.
Los investigadores eliminaron una serie de genes para aumentar la producción de ROS en las células, agregaron varios antibióticos y otros biocidas o exterminadores de insectos como el blanqueador (que también aumenta la producción de ROS), y encontraron el E. coli las células murieron a una tasa mucho más alta que las células que conservaron los genes eliminados.

"Este trabajo establece un método basado en sistemas para ajustar la producción de ROS en bacterias y demuestra que el aumento de la producción microbiana de ROS puede potenciar la muerte por oxidantes y antibióticos", escriben.
En otras palabras, al interrumpir el metabolismo de E. coli células, los científicos habían hecho más fácil que los antibióticos y biocidas los mataran.

Implicaciones y Siguiente Paso

Don Ingber, director fundador del Instituto Wyss, dice:
"No hay una solución mágica para la crisis de salud global que estamos experimentando en términos de bacterias resistentes a los antibióticos".
Pero, él dice que hay "tremenda esperanza" en los tipos de métodos de biología de sistemas que Collins y su equipo son pioneros.
El equipo ahora planea usar tecnologías de detección molecular para encontrar moléculas específicas que estimulen la producción de ROS.
Creen que su enfoque también ayudará a ganar batallas contra otras bacterias, como las micobacterias responsables de la tuberculosis, una enfermedad pulmonar potencialmente letal.
Los fondos del Instituto Wyss para Ingeniería Biológica Inspirada en la Universidad de Harvard, el Programa de Premios Pioneer del Director de los Institutos Nacionales de Salud y el Instituto Médico Howard Hughes, están ayudando a financiar la investigación del equipo.
Escrito por Catharine Paddock PhD