El científico que 'resucita' moléculas neandertales para encontrar nuevos antibióticos

Dec 30, 2023

“En los próximos 10 a 20 años moriremos a causa de infecciones bacterianas resistentes a los antibióticos”, afirma la genetista Edith Heard. La Organización Mundial de la Salud (OMS) lleva mucho tiempo advirtiendo sobre la amenaza que representan los microorganismos resistentes a los tratamientos farmacológicos existentes, que para el año 2050 matarán a unos 10 millones de personas cada año, superando la letalidad del cáncer. Una de las personas que está en primera línea en la batalla contra la resistencia a los antibióticos es César de la Fuente, premio Princesa de Girona de investigación científica y profesor de bioingeniería en la Universidad de Pensilvania. De la Fuente combina la inteligencia artificial y los conocimientos y experiencia de su equipo de investigación, el Machine Biology Group, para descubrir y analizar miles de moléculas con potencial antibacteriano. El equipo busca especímenes que salven vidas en compuestos naturales, como el veneno de avispa, o en el propio mapa de proteínas del cuerpo humano. Y ahora, en el antiguo ADN de nuestros ancestros neandertales y denisovanos, están “resucitando” moléculas perdidas por el Homo sapiens a lo largo de nuestra evolución.

Hay más células bacterianas en el cuerpo que células humanas. Entre los atributos más relevantes de las bacterias, los organismos más abundantes del planeta, responsables de todo, desde generar placa dental hasta mantener la fertilidad de la tierra, está su capacidad para desarrollar resistencia a los antibióticos. Esta impresionante hazaña, sin embargo, amenaza la vida de millones de personas.

El equipo de De la Fuente está buscando compuestos para responder a este desafío. Al analizar el proteoma, el conjunto completo de proteínas del cuerpo, estos investigadores han descubierto 2.603 péptidos (moléculas compuestas de aminoácidos) con funciones biológicas no relacionadas con el sistema inmunológico, pero que poseen rasgos antiinfecciosos.

De la Fuente, de 37 años y natural de la ciudad portuaria española de A Coruña, está incluido en la lista Forbes de los 50 mejores españoles premiados y ha sido reconocido como investigador distinguido por la American Chemical Society y el Massachusetts Institute of Technology. Su equipo, explica, trabaja con un proceso conocido como “desextinción”, o recuperación de compuestos del pasado que ya no existen. "Desarrollamos un algoritmo para explorar el proteoma humano como fuente de antibióticos y hemos encontrado muchas secuencias de este tipo, que llamamos péptidos cifrados", dice. “Esto nos llevó a postular que estas secuencias se habían producido a lo largo de la evolución y desempeñaban un papel en el sistema inmunológico para defendernos de agentes invasores o infecciosos, como las bacterias. Por eso decidimos investigar el proteoma de nuestros ancestros más cercanos, que son los neandertales y los denisovanos”.

El proteoma base se hizo público gracias a la investigación de Svante Pääbo sobre el ADN ancestral que ganó el año pasado el Premio Nobel por identificar la genética de humanos extintos. "Lo que hicimos", dice De la Fuente, "fue desarrollar un algoritmo para explorar estos datos (estos proteomas humanos) para ver si podíamos encontrar antibióticos codificados en las proteínas".

De la Fuente dice que el concepto se inspiró en la película Jurassic Park. “La idea de la película era devolver la vida a organismos enteros (los dinosaurios). Pero eso plantea muchos problemas éticos, ecológicos y técnicos. Hoy en día, no tenemos suficiente información genómica para resucitar a un dinosaurio. En cambio, se nos ocurrió la idea de la desextinción molecular: en lugar de resucitar un organismo completo, estamos tratando de revivir moléculas del pasado para ayudarnos a resolver problemas actuales, como la resistencia a los antibióticos”.

La investigación del equipo, publicada en la revista Cell Host & Microbe y revisada por Nature, utiliza información genómica y proteómica del ADN mitocondrial, con la ayuda de un algoritmo diseñado por el equipo y el uso de inteligencia artificial, para encontrar moléculas que podrían usarse. como posibles antibióticos.

"El momento más fascinante fue cuando resucitamos las moléculas mediante un método conocido como síntesis química en fase sólida", dice De la Fuente. “Utilizamos el código que nos proporciona el ordenador sobre los aminoácidos con capacidad antibiótica para que las máquinas sinteticen químicamente las moléculas”.

Los resultados se verificaron experimentalmente exponiendo las moléculas resucitadas (cuatro péptidos de Homo sapiens, uno de Homo neanderthalensis y uno de homínidos de Denisova) en placas de Petri y en ratones afectados por la bacteria Acinetobacter baumannii, una causa común de infecciones hospitalarias. Los seis experimentos mostraron efectos positivos, en diversos grados, algunos con una eficacia similar a la de los antibióticos convencionales actuales.

"Las dosis utilizadas fueron extremadamente altas, pero la idea es interesante", dijo a Nature Nathanael Gray, biólogo químico de la Universidad de Stanford que no participó en la investigación. Gray duda que haya algún desarrollo inmediato de medicamentos basados ​​en el descubrimiento de compuestos extintos.

Pero De la Fuente dice que el objetivo de la investigación no es sólo encontrar nuevos antibióticos, sino “nuevas formas de pensar sobre cómo descubrir nuevas moléculas utilizando información de organismos extintos”. La desextinción molecular, afirma, “puede ayudarnos a abrir nuevos espacios que no habíamos explorado antes y esto significa que, tal vez, podamos utilizar la biología de nuestros ancestros para aprender más sobre nosotros mismos y sobre el potencial de algunas moléculas”. .”

Euan Ashley, experto en genómica de precisión y salud de la Universidad de Stanford, está de acuerdo: "Profundizar en el genoma humano arcaico es un enfoque interesante y potencialmente útil", afirma.

De la Fuente y sus compañeros investigadores han pasado media década buscando dondequiera que crean que podrían encontrar una nueva arma en la lucha por la salud humana: en el pasado y el presente, en los humanos y en otras formas de vida. Un descubrimiento potencialmente beneficioso proviene del material biológico encontrado en el veneno de la avispa Eumenes micado, según un estudio publicado en Cell Reports Physical Science.

"El veneno es una fuente en gran medida inexplorada de medicina potencial o de moléculas con funcionalidades interesantes", dice De la Fuente. “Llevamos algunos años analizando diferentes venenos para reprogramarlos y eliminar o eliminar la toxicidad para aprovechar su capacidad antibiótica”.

La clave, afirma, está en la combinación de herramientas de inteligencia artificial, robótica biotecnológica y la experiencia y conocimientos del Machine Biology Group. “Hace cinco años, el tiempo medio para descubrir un antibiótico era de tres a seis años. Ahora podemos descubrir miles en cuestión de unas pocas horas o días”, afirma.

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