Se ha mostrado por primera vez cómo la proteína se une y degrada la pared de las bacterias, un resultado que puede ser clave para el desarrollo de los enzibióticos. Todos estos resultados "permiten considerar a las endolisinas como efectivos bactericidas con importantes aplicaciones en medicina y biotecnología". El equipo de Hermoso se está valiendo de una herramienta que los bacteriófagos "llevan utilizando durante millones de años.
Estos virus utilizan las bacterias como incubadoras para crear copias de sí mismos. Inyectan el material genético dentro de la bacteria y cuando se han producido las copias de los viriones se rompe la bacteria madre y se libera la progenia fágica". Es en este momento cuando los virus producen unas proteínas concretas, las endolisinas, que a su vez crean las holinas para hacer poros en las membranas y liberar las endolisinas. Tras reconocer el peptidoglicano, rompe la estructura de la pared celular bacteriana.
Las endolisinas están diseñadas para ser específicas de un tipo de bacterias y destruir unos enlaces determinados de peptidoglicano. Una vez rota la pared, "se libera la progenia fágica y continúa el proceso infectivo".
Solución enterrada
Aunque desde su descubrimiento se pensó en los bacteriófagos como posible herramienta para luchar contra las infecciones bacterianas, el posterior hallazgo de antibióticos como la penicilina y los sulfamidas hizo que su uso se abandonara completamente. La eficacia de los antibióticos no tenía comparación con los bacteriófagos y, además, los problemas asociados de utilizar un organismo "vivo" no favorecían su uso. Por esta razón, se ha optado por "utilizar no tanto los bacteriógafos sino las herramientas que utilizan éstos para luchar contra las infecciones".
La vía de estudio de Hermoso, que trabaja en colaboración con el Centro de Investigaciones Biológicas (CIB), está centrada en dos ámbitos. El primero se concentra en el conocimiento de la estructura tridimensional de los enzibióticos y sus endolisinas, una cuestión compleja debido a su tamaño nanométrico y a que sólo puede contemplarse con la cristalografía de rayos X. El segundo refiere a la clínica, aunque aún quede tiempo para alcanzar esta fase. Las investigaciones in vitro e in vivo han evaluado su espectro de actuación, su efectividad, su capacidad de eliminar bacterias altamente resistentes a penicilina y su resistencia, entre otros factores. Los resultados, por el momento, son muy positivos y, de hecho, una empresa estadounidense, Enzibiotics, ya trabaja en este tipo de terapias a escala industrial.
Dos publicaciones clave
Hermoso recuerda que, cuando empezó a trabajar en este campo, aún no se conocía estructura alguna de las endolisinas. En 2003 publicaron en la revista Estructure la primera estructura tridimensional de una ensolisina y, en 2007, dieron un paso más allá en Journal of Biological Chemistry y en Current Opinion in Microbiology al añadir a esta estructura su unión con un fragmento de la pared bacteriana.
Para ello ha sido necesario obtener, mediante el uso de robots de cristalización, microcristales del complejo Cpl-1 con el peptidoglicano y, posteriormente, irradiarlos con rayos X generados por un potente acelerador de partículas. La estructura tridimensional muestra que Cpl-1 presenta dos módulos proteicos bien diferenciados: uno de anclaje que permite a Cpl-1 unirse específicamente a las moléculas de colina sólo presentes en la pared del neumococo y otro proteico dotado de maquinaria catalítica de degradación del peptidoglicano.
Hermoso está asombrado de sus hallazgos y reconoce que se trata de "un mecanismo muy astuto". Su grupo trabaja con endolisinas de fagos que infectan al neumococo, que tiene en su pared celular las moléculas de fosforilcolina. "Las endolisinas las reconocen específicamente para hidrolizar la pared del neumococo y no la de otro tipo de bacteria".
Los antibióticos actúan en el momento en que se desarrolla la infección. No se pueden utilizar antes porque se crearían resistencia demasiado pronto, y es aquí donde las endolisinas presentan una gran ventaja. "Podrían utilizarse en la fase de transporte para eliminar la población bacteriana sin necesidad de alcanzar el proceso infectivo y sin problemas de resistencia", ha explicado Hermoso, que ha apuntado que los bacteriófagos llevan millones de años utilizando este proceso sin que hayan encontrado resistencia alguna.
De hecho, define a los bacteriófagos como "letales. Cada 48 horas eliminan la mitad de la población mundial de bacterias; su capacidad de destrucción es impresionante. A lo largo de millones de años de evolución han detectado las moléculas fundamentales en la bacteria y para las que no pueden encontrar fácilmente un mecanismo de resistencia". En pocas palabras, han aprendido y van a tiro hecho.
En otitis media
Estudios recientes han mostrado que su aplicación es más efectiva de lo que podía pensarse, ya que son capaces de eliminar de las mucosas la población de bacterias patógenas. Se ha comprobado que, in vitro e in vivo, la adición de estas endolisinas purificadas eliminaban Streptococci del grupo A y Streptococcus pneumoniae de la nasofaringe de animales colonizados experimentalmente.
Más recientemente se ha descrito un modelo animal que reproduce las infecciones en el oído medio (otitis media). En el modelo, los ratones eran infectados por vía intranasal primero con S.
pneumoniae y posteriormente con virus influenza (se supone que la otitis media involucra también virus respiratorios como el influenza). De esta manera se ha demostrado que la endolisina del fago Cp-1 (Cpl-1) específica por neumococo era "no solamente capaz de eliminar la colonización con S. pneumoniae, sino también de prevenir el desarrollo de otitis media en los ratones".
A por las Gram negativas
Con el conocimiento de que es posible atacar las poblaciones en las mucosas y eliminar no sólo el neumococo sino también otros microorganismos, los investigadores se han planteado el reto de estudiar las infecciones con bacterias Gram negativas, que tienen una pared celular diferente: "Además del peptidoglicano, disponen de una membrana externa que impediría el uso de este tipo de endolisinas desde fuera, ya que no podrían acceder al interior del peptidoglicano y romper la pared celular". Para superar esta barrera Hermoso trabaja en la detección de endolisinas de bacterias Gram negativas y en la determinación estructurales de estos posibles enzibióticos. Ya se han identificado nuevos mecanismos de reconocimiento de la pared bacteriana y otros enzibióticos que reconocen, además de las moléculas de fosforilcolina, otras partes de la pared bacterian.
Por el momento, la idea es preparar enzibióticos sinérgicos para aprovechar la acción conjunta, más efectiva que la de una presencia única. Estos cócteles podrán hacerse a la carta gracias a diferentes posibilidades. Una consiste en crear "un superenzibiótico añadiendo módulos que reconozcan diferentes partes o funciones de la bacteria, mientras que otra permitiría desarrollar un cóctel con distintos tipos de enzibióticos mezclados que barran un espectro de infecciones más amplio".
Autolisinas
Más allá del uso de las lisinas de los fagos, una de las utilidades que empiezan a conocerse es la utilización de las propias autolisinas de las bacterias. Ya que el neumococo "tiene unas autolisinas que rompen su propia pared bacteriana en la reproducción, podrían combinarse con las endolisinas de los fagos para hacer un enzibiótico mucho más potente", ha explicado Hermoso.
La investigación básica avanza de forma positiva. Tras pasar la fase de ensayos animales "podríamos pensar en ensayos clínicos en humanos, algo que puede verse favorecido por la especificidad de esta terapia, ya que los enzibióticos pueden utilizarse sin dañar el resto de la flora bacteriana que el organismo necesita". Por el contrario, los antibióticos no son selectivos y eliminan bacterias inocuas e incluso beneficiosas.
En cuanto a información estructural y ensayos in vivo, las noticias son buenas. "Es un momento prometedor, pero será el tiempo el que nos de la respuesta. El tiempo dé aplicación de este tipo de terapias puede ser corto, si se habla dentro de los parámetros de la llegada de una nueva molécula". De hecho, no será necesario desarrollar una molécula cada vez, ya que "se pueden aprovechar las endolisinas ya producidas y sintetizadas por los bacteriófagos". Existe toda una batería de posibles enzibióticos sobre la mesa y "sólo se trata de elegir las endolisinas implicadas en las infecciones de la bacteria patógena con la que se está trabajando. Se podrán desarrollar en un tiempo relativamente corto".
Diferentes presentaciones
En definitiva, los resultados obtenidos en la caracterización de las endolisinas abren "nuevas vías farmacológicas para desarrollar mediante técnicas proteómicas nuevos agentes antimicrobianos aún más potentes y específicos". Los enzibióticos limitan la dispersión de la enfermedad y eliminan a la bacteria diana por contacto, por lo que "estas enzimas podrían usarse como componentes de aerosoles antibacterianos, pastillas, colutorios, vendas y colirios como alternativa efectiva a los antibióticos convencionales".
