La resistencia a los antibióticos es uno de los grandes retos de la salud mundial: cada vez hay más bacterias capaces de sobrevivir a los tratamientos habituales. Frente a este problema, Telum Therapeutics, entidad asociada de Navarra Health Cluster, investiga una alternativa: los enzibióticos, proteínas capaces de romper la pared de las bacterias hasta destruirlas.
Esta línea de trabajo tiene un origen curioso. Las proteínas proceden de los bacteriófagos, unos virus que solo infectan bacterias. Gracias a la bioingeniería, el equipo puede combinar sus distintas partes como si fueran piezas de Lego y diseñar proteínas nuevas, más eficaces y estables.
Hablamos con Carmen Monreal, que dedica su tesis doctoral a este proyecto. Su investigación se centra en dos bacterias muy presentes en las infecciones pulmonares de pacientes con fibrosis quística, Staphylococcus aureus y Pseudomonas aeruginosa. Tras casi tres años de trabajo, Carmen nos cuenta cómo han pasado de buscar entre miles de secuencias genéticas a tener un candidato prometedor frente a S. aureus, qué retos quedan y por qué encontrar una proteína activa «es solo el principio».
¿Qué es exactamente un enzibiótico y cómo actúa frente a una bacteria?
Un enzibiótico (de“enzima” y “antibiótico”) es una proteína con capacidad antimicrobiana. En nuestro caso, trabajamos con proteínas derivadas de bacteriófagos, que son virus que infectan a las bacterias. Estas proteínas actúan sobre el peptidoglicano, uno de los principales componentes de la pared bacteriana. Al romper esta estructura, la bacteria pierde su integridad y acaba produciéndose la lisis de la célula.
¿Por qué se eligieron Pseudomonas aeruginosa y Staphylococcus aureus como foco inicial de la investigación?
Nos centramos en ellas por su importancia en las infecciones pulmonares de los pacientes con fibrosis quística. Staphylococcus aureus es uno de los microorganismos que aparece con mayor frecuencia, mientras que Pseudomonas aeruginosa se relaciona con infecciones más graves y con peor evolución de la enfermedad. Además, en algunos casos pueden aparecer coinfecciones, lo que dificulta el tratamiento. Por eso, nos pareció interesante plantear desde el principio una estrategia que pudiera funcionar frente a ambas.
¿Qué papel juega la bioingeniería en vuestro trabajo y qué significa diseñar una proteína antimicrobiana?
La bioingeniería nos permite no limitarnos a utilizar las proteínas que encontramos en la naturaleza, sino intentar mejorarlas. Las proteínas fágicas tienen una estructura modular, formada por dominios. Cada uno de estos dominios pueden tener diferentes funciones, por ejemplo, reconocer la pared bacteriana o degradarla. La idea es poder combinar estos dominios, como si fueran piezas de Lego, para diseñar nuevas proteínas quiméricas. Con ellos buscamos mejorar su actividad, su estabilidad o su espectro de acción.
Tu proyecto comenzó buscando proteínas antimicrobianas en metagenomas virales. ¿Cómo se pasa de esa enorme diversidad inicial a identificar algo potencialmente interesante?
Al partir de muestras ambientales, hay una enorme diversidad de material genético viral. Lo que hacemos es utilizar herramientas bioinformáticas para buscar secuencias que puedan corresponder a proteínas fágicas. Después predecimos su estructura y seleccionamos aquellas que, por sus características, parecen más interesantes. A partir de ahí pasamos del ordenador al laboratorio, donde lo comprobamos experimentalmente.
¿Cómo ha evolucionado el proyecto desde que empezaste la tesis?
El proyecto tenía un enfoque bastante amplio: descubrir nuevos enzibióticos, diseñar proteínas quiméricas y evaluar su actividad. Durante estos años hemos pasado de la fase inicial de descubrimiento a una etapa mucho más centrada en la caracterización y optimización de las proteínas que hemos identificado. Ahora estamos trabajando en optimizar las condiciones de expresión y purificación y, sobre todo, en caracterizar bien la actividad antimicrobiana frente a diversas cepas bacterianas de los candidatos más prometedores.
Parte de tu investigación aborda también los biofilms. ¿Por qué son especialmente difíciles de tratar?
Porque las bacterias en un biofilm no se comportan de la misma manera que cuando están libres. En un biofilm, se organizan formando una comunidad y quedan rodeadas por una matriz que les proporciona protección y dificulta que los antimicrobianos lleguen a ellas. Además, presentan cambios fisiológicos que pueden hacerlas menos sensibles a determinados tratamientos. Por eso, una proteína que funciona bien frente a las bacterias en suspensión puede no tener la misma eficacia frente a un biofilm, y es importante evaluar ambas situaciones.
¿Ha habido algún resultado inesperadamente positivo? ¿De qué resultado estás especialmente orgullosa?
Uno de los resultados que más ilusión me ha hecho ha sido encontrar un candidato que está mostrando una actividad muy prometedora frente a S. aureus. A partir de ahí, hemos ido centrando el trabajo en caracterizarlo mejor y en optimizar las condiciones de producción y purificación. También es de lo que estoy más orgullosa, porque hemos pasado de identificar proteínas que podrían ser interesantes a tener un candidato concreto sobre el que podemos profundizar y plantearnos los siguientes pasos.
¿Qué retos quedan por abordar, cuales serían los siguientes pasos en esta línea de investigación?
Ahora mismo, uno de los principales retos es terminar de optimizar la producción y purificación del candidato y caracterizarlo lo mejor posible, tanto a nivel de actividad como de estabilidad. También queremos conocer mejor cómo funciona frente a diferentes cepas de S. aureus y en condiciones que se acerquen cada vez más a una posible aplicación.
Después, uno de los pasos más importantes será llevar el candidato a los ensayos in vivo que están previstos. Ahí podremos comprobar si el comportamiento que estamos viendo in vitro se mantiene en un modelo más complejo.
Después de casi tres años trabajando en el proyecto, ¿qué has aprendido sobre lo complejo que es transformar un descubrimiento inicial en algo que pueda avanzar hacia una potencial aplicación terapéutica?
Sobre todo, que encontrar una proteína que es activa es solo el principio. Puede parecer que, si encuentras una proteína con buena actividad, ya tienes gran parte del trabajo hecho, pero luego te das cuenta de que hay muchas cosas que tienes que ir resolviendo, por ejemplo, cómo producirla, si es estable, o si mantiene la actividad al cambiar las condiciones.
Al final, entre encontrar algo prometedor y que realmente pueda llegar a tener una aplicación hay bastante camino.
