Resucitan Péptidos de Animales Extintos para Combatir Bacterias Resistentes

"Hemos demostrado que es posible identificar antibióticos potenciales a partir de la biología olvidada de los organismos extintos",

- Afirmó César de la Fuente, líder del estudio.

12/6/2024

Un equipo de científicos de la Universidad de Pensilvania ha dado un paso significativo en la lucha contra la resistencia a los antibióticos. Liderados por el biotecnólogo español César de la Fuente, los investigadores han utilizado inteligencia artificial y técnicas de aprendizaje profundo para resucitar moléculas de animales extintos como el mamut y el perezoso gigante. Estos esfuerzos permitieron el descubrimiento de nuevos péptidos con propiedades antimicrobianas que podrían revolucionar el tratamiento de infecciones bacterianas resistentes.

La investigación, publicada en Nature Biomedical Engineering, detalla cómo se identificaron 37,176 secuencias con actividad antimicrobiana de amplio espectro. De estas secuencias, 11,035 no se hallaron en organismos modernos, lo que subraya la singularidad y el potencial de las moléculas resucitadas. Según el estudio, estos péptidos han demostrado eficacia antimicrobiana tanto in vitro como en modelos de ratón, superando incluso la eficacia de los antibióticos actualmente disponibles en el mercado.

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El desarrollo de este avance se basó en el uso de un modelo de inteligencia artificial denominado APEX (Antibiotic Peptide de-Extinction). Este modelo permitió explorar y analizar los proteomas de organismos extintos, facilitando así la identificación de posibles nuevos antibióticos. Se observó que las moléculas identificadas por APEX poseen una estructura predominantemente alfa-helicoidal, lo que beneficia su interacción con las membranas bacterianas y potencia su eficacia antimicrobiana.

Además, los nuevos péptidos descubiertos mostraron una potente actividad antimicrobiana contra patógenos resistentes, como Acinetobacter baumannii y Pseudomonas aeruginosa. Estos hallazgos representan un avance crucial, ya que estas bacterias son conocidas por su capacidad de resistir múltiples tratamientos antibióticos, complicando el manejo de infecciones en entornos clínicos.

César de la Fuente sostiene un modelo 3D de un fragmento único de ATP sintasa, identificado por el modelo de aprendizaje profundo de su laboratorio, APEX, como poseedor de potentes propiedades antibióticas.

Algo Curioso

El uso de APEX para resucitar péptidos de animales extintos no solo se limita a antibióticos sino que también puede aplicarse para descubrir nuevas moléculas con propiedades terapéuticas en otros campos de la medicina, ampliando el impacto potencial de esta innovadora tecnología.

Innovación Mediante Inteligencia Artificial

La implementación de APEX fue esencial para el éxito de este proyecto. La inteligencia artificial permitió analizar grandes volúmenes de datos genéticos y proteicos, una tarea que sería inviable para los métodos tradicionales. Este enfoque facilitó la identificación de secuencias de péptidos antimicrobianos potenciales, permitiendo una búsqueda eficiente y eficaz en el vasto archivo genético de animales extintos.

Uno de los hallazgos más sorprendentes fue la estructura alfa-helicoidal predominante en las moléculas resucitadas. Esta característica estructural favorece la interacción con las membranas bacterianas, incrementando la efectividad de los péptidos en la destrucción de las bacterias. Este descubrimiento no solo es prometedor para la creación de nuevos antibióticos, sino que también abre puertas a la comprensión de la evolución de mecanismos antimicrobianos en organismos extintos.

El papel de la inteligencia artificial en esta investigación destaca la importancia de la tecnología en la biotecnología moderna. Mediante el uso de algoritmos avanzados, los investigadores pudieron identificar moléculas que la naturaleza había dejado atrás hace miles de años y potenciar su uso en la medicina actual. Este método supone una estrategia innovadora para combatir la creciente amenaza de la resistencia a los antibióticos, un desafío global que requiere nuevas y eficientes soluciones.

Además de la inteligencia artificial, la colaboración interdisciplinaria fue clave en este proyecto. Científicos de diversos campos, incluyendo biología, genética, informática y química, unieron esfuerzos para llevar a cabo este ambicioso estudio. Esta sinergia permitió un enfoque holístico y multifacético para abordar uno de los problemas más críticos en la atención sanitaria contemporánea.

Los antibióticos se enfrentan a un problema de eficacia inminente, ya que los microbios a los que se dirigen estos fármacos están adquiriendo resistencias derivadas de años de uso indebido de los tratamientos.

Eficacia Comprobada en Modelos Preclínicos

Los nuevos péptidos no solo mostraron actividad antimicrobiana en estudios de laboratorio, sino que también fueron probados en modelos de ratón con resultados alentadores. En ensayos preclínicos, se utilizaron modelos de ratón para evaluar la eficacia de estos péptidos en infecciones bacterianas de abscesos cutáneos e infecciones de muslo. Los resultados indicaron reducciones significativas en la carga bacteriana sin efectos adversos observados, corroborando la seguridad y eficacia de los péptidos.
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Una observación interesante del estudio fue la sinergia ente péptidos de la misma especie extinta. Algunas combinaciones de estos péptidos mostraron un efecto potenciado cuando se usaron juntas, lo que sugiere una posible aplicación en terapias combinadas. Esta estrategia podría ser especialmente útil para tratar infecciones complicadas y multirresistentes, proporcionando una alternativa viable a los tratamientos antibióticos convencionales.
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El estudio también destaca la necesidad de seguir avanzando en la investigación preclínica y clínica para asegurar que estos descubrimientos puedan traducirse en tratamientos efectivos para los pacientes. Aunque los modelos animales ofrecen una buena indicación de la potencial utilidad de los nuevos péptidos, serán necesarios estudios clínicos para establecer su eficacia y seguridad en humanos. Este proceso supone un paso fundamental para llevar estos hallazgos del laboratorio a la práctica clínica.
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Finalmente, el éxito de esta investigación representa un hito en la biotecnología y podría inspirar a otros investigadores a explorar el uso de la inteligencia artificial para descubrir nuevos medicamentos en el vasto archivo genético natural. La resurrección de moléculas olvidadas podría marcar el inicio de una nueva era en la lucha contra las enfermedades infecciosas y la resistencia a los antibióticos.