Descubrimiento de fármacos en el paciente
El análisis genético de bacterias humanas y animales abre la vía a nuevos principios activos
Los microorganismos no sólo colonizan el cuerpo de los mamíferos durante las infecciones. Miles de millones de microbios pueden encontrarse sobre y dentro de personas y animales sanos en cualquier momento, comunicándose entre sí mediante señales químicas e influyendo así en su salud. En dos estudios, investigadores del Instituto Helmholtz de Investigación Farmacéutica del Sarre (HIPS), la Universidad del Sarre y el Hospital Universitario del Sarre han llevado a cabo un estudio detallado del microbioma, es decir, el conjunto de todos los microorganismos, en humanos y animales de zoológico. El objetivo era identificar puntos de partida para estrategias de tratamiento y diagnóstico de enfermedades. Los investigadores publicaron sus resultados en dos artículos en la revista Nature Communications. El HIPS es un centro del Centro Helmholtz de Investigación de Infecciones (HZI) en colaboración con la Universidad del Sarre.
La idea de utilizar microorganismos como fuente de nuevos principios activos no es nueva. Ya se han desarrollado numerosos fármacos a partir de productos naturales de bacterias y hongos. Éstos compiten por los recursos disponibles en su hábitat natural, como el suelo, y utilizan señales químicas para obtener ventaja sobre sus competidores microbianos. Por ello, no es de extrañar que una gran proporción de los antibióticos disponibles en el mercado se base en productos naturales procedentes de microorganismos. Un equipo de investigación interdisciplinar del HIPS, la Universidad del Sarre y el Hospital Universitario del Sarre se ha propuesto encontrar también productos naturales que puedan utilizarse para tratar enfermedades no infecciosas. En lugar de buscar en el suelo, el equipo busca directamente en las bacterias que colonizan humanos y animales y que desempeñan un papel en el desarrollo de enfermedades. Este enfoque es también un componente central del proyectado clúster de excelencia nextAID³, que fue evaluado positivamente en una primera ronda por la Fundación Alemana de Investigación (DFG) y cuya propuesta completa presentó la Universidad del Sarre en agosto de 2024.
La base de esta búsqueda a gran escala de nuevos principios activos fueron dos cohortes: En el estudio "IMAGINE", los investigadores recogieron casi 2.000 muestras de sujetos sanos y pacientes con diversas enfermedades. Dado que diferentes partes del microbioma pueden verse afectadas en distintas enfermedades, los investigadores examinaron el microbioma de la saliva, la placa dental y las heces, así como el de los ojos, la garganta y la piel. En un segundo estudio, el equipo examinó el microbioma de animales del zoo de Saarbrücken y lo comparó con el de animales que viven en libertad. El objetivo de esta cohorte mucho más pequeña era demostrar que el microbioma de los animales también puede ser una fuente potencial de nuevos productos naturales. Las muestras recogidas en ambos estudios se procesaron y sometieron a un proceso conocido como secuenciación del metagenoma. Este método permite identificar genéticamente todos los organismos contenidos en una muestra y determinar su abundancia. Si una determinada cepa bacteriana es más o menos abundante en presencia de una enfermedad concreta, por ejemplo, podría estar potencialmente implicada en su desarrollo o progresión.
En los datos analizados, el equipo, formado por el bioinformático Andreas Keller, el microbiólogo Sören Becker, el neumólogo Robert Bals y el farmacéutico Rolf Müller, pudo encontrar numerosas bacterias a las que se aplica este comportamiento. Además, los investigadores pudieron utilizar análisis bioinformáticos para identificar los planos genéticos (los llamados grupos de genes de biosíntesis) de los productos naturales asociados a las enfermedades investigadas. "Para nosotros, estos datos son una mina de oro científica. Aún no sabemos qué productos naturales codifican la mayoría de los nuevos grupos de genes identificados", explica Andreas Keller, jefe de departamento del HIPS y catedrático de Bioinformática Clínica de la Universidad del Sarre. "Los datos recogidos se procesan en nuestra base de datos ABC-HuMi, creada recientemente. Esta base de datos ya contiene más datos sobre la microbiota humana, lo que nos permitirá descubrir muchos productos naturales nuevos y utilizarlos como base para el desarrollo de fármacos."
Los farmacéuticos, biólogos y químicos del HIPS están ahora llamados a utilizar los datos digitales para crear productos naturales reales. Un total de seis grupos de investigación trabajan actualmente en la validación experimental de los 50 grupos de genes más prometedores. "Conocer el plano genético de un producto natural es sólo el primer paso. Ahora estamos trabajando duro para transferir los planos a bacterias que los utilizarán para producir los productos naturales codificados", afirma el profesor universitario Rolf Müller, jefe de departamento y director científico del HIPS, co-iniciador de los dos estudios publicados. "Los datos obtenidos reflejan una enorme biodiversidad que no se ha estudiado hasta ahora. Nuestro próximo paso será aprovechar este potencial. Nos complace que ahora podamos aplicar eficazmente las tecnologías que hemos establecido en los últimos 15 años para el desarrollo de antibióticos también a otras indicaciones."
Aunque la investigación en el HIPS se centra en los agentes antimicrobianos, en el marco del PharmaScienceHub se desarrollarán terapias para enfermedades no infecciosas. La plataforma de colaboración establecida entre el HIPS y la Universidad del Sarre en 2023 reúne a actores de la investigación académica y la industria farmacéutica para acelerar la traslación de los hallazgos de la investigación básica a las aplicaciones médicas.
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
Georges P. Schmartz, Jacqueline Rehner, Miriam J. Schuff, Leidy-Alejandra G. Molano, Sören L. Becker, Marcin Krawczyk, Azat Tagirdzhanov, Alexey Gurevich, Richard Francke, Rolf Müller, Verena Keller, Andreas Keller; "Exploring microbial diversity and biosynthetic potential in zoo and wildlife animal microbiomes"; Nature Communications, Volume 15, 2024-9-26
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