El alga marina del fiordo de Kiel descubierta como remedio contra las infecciones y el cáncer de piel
El grupo de investigación aplica con éxito los métodos bioinformáticos y el aprendizaje automático en el descubrimiento de drogas marinas
Los organismos marinos y sus simbiontes microbianos son fuentes inestimables de nuevos medicamentos para las enfermedades humanas. Los productos naturales del mar tienen un potencial cuatro veces mayor para convertirse en medicinas que cualquier otro compuesto natural o sintético. Pero el proceso de descubrimiento es largo, arriesgado y costoso. Utilizando los enfoques más avanzados junto con la bio y la quiminformática y el aprendizaje por máquina, los investigadores del Centro Helmholtz de Investigaciones Oceánicas de Kiel de GEOMAR han logrado descubrir nuevos componentes bioactivos del alga marina del Mar Báltico Fucus vesiculosus y su simbionte fúngico contra las bacterias infecciosas o el cáncer de piel.
Bicheng Fan en el laboratorio
Johanna Silber GEOMAR
La curación con la ayuda de organismos marinos no es una utopía. Ya se han desarrollado 12 medicamentos que salvan vidas, por ejemplo, contra el cáncer, a partir de organismos marinos y su microbiota simbiótica. Su alto potencial para el desarrollo de drogas se ve obstaculizado por el largo y costoso proceso de descubrimiento. El grupo de investigación de la Unidad de Investigación de Química de Productos Naturales Marinos del Centro Helmholtz de Investigaciones Oceánicas de Kiel de GEOMAR, con el apoyo de enfoques automatizados asistidos por computadora, ha descubierto ahora con éxito moléculas marinas como posibles remedios contra las infecciones y el cáncer de piel en un alga y su simbionte fúngico originario del fiordo de Kiel.
El proceso de búsqueda de ingredientes activos marinos comienza con la extracción de macro y microorganismos marinos, seguida de la purificación y caracterización de sus componentes químicos novedosos y bioactivos, que están destinados a ser utilizados para el desarrollo de nuevas terapias. "Uno de los mayores escollos de la investigación farmacéutica es el aislamiento de las moléculas naturales ya descritas, utilizando el proceso 'clásico' de aislamiento guiado por la bioactividad", explica la Prof. Dra. Deniz Tasdemir, jefa de la Unidad de Investigación de Química de Productos Naturales Marinos de GEOMAR y del Centro de Biotecnología Marina de GEOMAR. "Este enfoque es complicado y a menudo propenso a los fallos", continúa el Dr. Tasdemir.
En su grupo de investigación, abordó este problema mediante enfoques automatizados y basados en la informática, en combinación con exámenes de bioactividad. En un estudio de un año de duración se descubrió que el alga marrón Fucus vesiculosus (fucus vesiculoso) del fiordo de Kiel, inhibe la bacteria patógena Staphylococcus aureus resistente a la meticilina (MRSA), que causa infecciones hospitalarias.
"Las estrategias bioinformáticas basadas en algoritmos y las herramientas de aprendizaje automático nos han permitido trazar el mapa del metabolismo masivo del alga marrón y al mismo tiempo predecir los grupos moleculares responsables de su actividad antibiótica", dijo la Dra. Larissa Büdenbender, ex becaria posdoctoral del grupo del Profesor Tasdemir y primera autora de uno de los dos artículos que ahora se publican en la revista Marine Drugs. Los algoritmos aplicados en este grupo de estudio reúnen las familias moleculares en redes complejas basadas en sus puntuaciones de similitud química en los análisis de espectrometría de masas, y junto con las herramientas de aprendizaje de las máquinas de silicio, nos ayudan a identificar químicamente los compuestos conocidos y nuevos que ya están en el extracto. Tras el primer paso de fraccionamiento químico rápido del extracto, se utiliza un programa bioinformático para predecir la puntuación de bioactividad de las moléculas según su abundancia relativa en las fracciones. Estos compuestos bioactivos son aislados. "El enfoque clásico de descubrimiento desde la extracción hasta la caracterización de los ingredientes bioactivos del alga normalmente llevaría 3-4 años. Estas herramientas automatizadas nos ayudaron a acelerar el descubrimiento de nuevos antibióticos naturales hasta algunos meses", enfatiza el Prof. Tasdemir.
"En la naturaleza, la vejiga se encuentra a menudo bajo una fuerte presión por la formación de biofilm y suciedad por millones de microorganismos que se encuentran en el agua de mar. Por lo tanto, los compuestos unidos a la membrana, como hemos identificado en este estudio, son de gran importancia ecológica para la autoprotección de las algas. Esas moléculas, que desempeñan una función crítica en el espacio natural, suelen mostrar actividades relacionadas con los patógenos humanos. Dado que la fucus es un alga comestible, tales actividades la convierten en un candidato atractivo no sólo como fuente de medicamentos, sino también para los complementos alimenticios o la protección de los alimentos", dice el Prof. Tasdemir. A continuación, investigaremos el potencial de aplicación del fucus en la industria alimentaria.
Muchos hongos también viven en simbiosis en las superficies y el interior de las algas marinas. Estas son también fuentes prometedoras para el descubrimiento y el desarrollo de nuevos medicamentos. Bicheng Fan, un estudiante de doctorado del profesor Tasdemir, ha aislado más de 120 hongos simbióticos de la fucus y ha estudiado el hongo Pyrenochaetopsis sp. en detalle, ya que mata eficientemente las células cancerígenas de la piel de tipo melanoma con baja citotoxicidad y tiene un inventario químico muy rico. Bicheng también utilizó enfoques automatizados asistidos por ordenador para aislar moléculas especiales con un raro andamiaje químico. El estudio también se publicó recientemente en Marine Drugs.
Según el Prof. Tasdemir, éste es sólo el segundo estudio químico sobre el género de hongos Pyrenochaetopsis, hasta ahora completamente inexplorado. "Los hongos, que aislamos del fucus y fermentamos en condiciones optimas de laboratorio, son una fuente establecida de agentes naturales anticancerígenos. Hemos encontrado aquí varios productos naturales novedosos, que hemos denominado pirenosetinas A y B, que tienen un alto potencial para combatir el cáncer de piel", continúa el químico.
"La naturaleza es la fuente de más de la mitad de todas las medicinas modernas que usamos hoy en día. El acceso a los revolucionarios instrumentos de genómica, metabolómica, bioinformática y aprendizaje automático permitirá, de una manera sin precedentes, el descubrimiento nuevo y rápido de compuestos marinos, y un uso más racional y eficiente para el desarrollo posterior de medicamentos con socios industriales", concluye el Profesor Tasdemir.
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
Publicación original
Buedenbender, L., Astone, F.A., Tasdemir, D.; "Bioactive molecular networking for mapping the antimicrobial constituents of the Baltic brown alga Fucus vesiculosus"; Marine Drugs; 2020, 18, 311.
Fan, B., Dewapriya, P., Li, F., Blümel M., Tasdemir, D.; "Pyrenosetins A-C, new decalinoylspirotetramic acid derivatives isolated by bioactivity-based molecular networking from the seaweed-derived fungus Pyrenochaetopsis sp. FVE-001"; Marine Drugs; 2020, 18, 47.
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