La evolución de las especies toma en general grandes períodos de tiempo, pero las bacterias pueden evolucionar rápidamente para combatir a los antibióticos que las amenazan y desarrollar resistencias. Justamente el grupo de investigación que encabeza el Dr. Alejandro Vila, químico del Instituto de Biología Molecular y Celular de Rosario (Facultad de Ciencias Bioquímicas y Farmacéuticas, Universidad Nacional de Rosario) e investigador independiente del Conicet, estudia esa evolución y las resistencias: recientemente consiguieron identificar mutaciones y reproducir en el laboratorio la evolución natural de las enzimas que desarrollan algunas bacterias para resistir a los antibióticos beta-lactámicos, que en la actualidad representan el 60 por ciento del total. Los resultados fueron publicados en tapa de la revista científica Proceedings of the National Academy of Sciences (EE.UU.) del lunes 27 de septiembre.
–Mi grupo trabaja en el estudio de la relación estructura-función en proteínas. Partimos de la estructura tridimensional, a nivel atómico, de las proteínas, para ver qué determinantes de esa estructura dan forma a la función biológica que tiene. Con técnicas como la resonancia magnética nuclear obtenemos una foto tridimensional, una especie de holograma de la molécula. Y después modificamos partes de esa estructura para ver cómo cambia la función.
–¿Pequeñas modificaciones, grandes modificaciones...?
–Con pequeñas modificaciones, que pueden ir desde cambiar el tamaño y la forma hasta la carga positiva o negativa de una parte de la molécula, se puede cambiar drásticamente la función de la molécula en vivo.
–Y ustedes inducen ese proceso.
–Sí. Uno de los sistemas que estudiamos en el laboratorio son las enzimas, proteínas que funcionan como catalizadores biológicos, que aceleran reacciones que de otro modo podrían no ocurrir o ocurrir muy lentamente. Una de las enzimas en la que estamos trabajando son las metalo-beta-lactamasas...
–Metalo-beta-lactamasas... suena un tanto...
–¿Extraño? Para nada. Son enzimas sintetizadas por las bacterias para defenderse de los antibióticos de uso clínico.
–¿Y para qué quieren defenderse?
–Para sobrevivir. Es una forma de defensa que viene ya desde los antibióticos naturales como la penicilina. Las bacterias generan sustancias que hidrolizan el antibiótico..
–¿Hidrolizan?
–Rompen enlaces químicos dentro de la molécula del antibiótico para que éste ya no conserve sus propiedades originales y las bacterias puedan sobrevivir en el ambiente a pesar de la medicación. Es lo que se conoce popularmente como resistencia al antibiótico. Y justamente, uno de los mecanismos es esta síntesis de beta-lactamasas. Cuando uno se automedica y tiene una enfermedad viral y no bacteriana, lo que está haciendo es poner a prueba las bacterias, que por lo general reaccionan de la misma manera.
–Evolucionando para defenderse.
–Claro. Evolucionan sus propias proteínas mediante mutaciones puntuales, cambios sutiles en su estructura que devienen en cambios radicales de función. Las bacterias, frente a condiciones duras de subsistencia, mutan para sobrevivir.
–¿Y cómo se traslada esto al laboratorio?
–Bueno, tomamos la estructura de una proteína, la observamos y definimos qué es lo que se debe alterar, del mismo modo que un arquitecto en su casa, por ejemplo, puede definir dónde le conviene tener una ventana para que ingrese más luz.
–Pero las casas son más grandes que las proteínas.
–Sin embargo, también se puede hacer a este nivel microscópico; por eso esta práctica se llama arquitectura o ingeniería de proteínas. En definitiva, es la misma acción: cambiar racionalmente algo para alterar su función.
–Pero la naturaleza no es racional.
–Desde ya. Produce mutaciones al azar, que luego se seleccionan según su capacidad de adaptación. Lo que nosotros hicimos fue tomar una betalactamasa de una bacteria no patógena que no es capaz de resistir antibióticos de última generación, y mediante una técnica de la biología molecular que llamamos “evolución dirigida in vitro”, reprodujimos en el laboratorio la evolución que puede tener lugar en la naturaleza. Y efectivamente, con tan sólo cuatro mutaciones logramos conseguir una enzima modificada y capaz de hidrolizar el antibiótico cien veces más eficientemente.
–Y entonces compararon las estructuras de la enzima originaria y la modificada.
–Para ver si las alteraciones que se habían producido eran de las que se hubieran podido predecir racionalmente.
–¿Y lo eran?
–No. Se habían producido mutaciones inesperadas. Pero cotejando investigaciones anteriores, descubrimos que estas alteraciones sí habían ocurrido ya en la naturaleza y en bacterias patógenas, como por ejemplo pseudomones de grujinosa, un patógeno hospitalario muy común.
–Pero ustedes habían tomado una molécula de una bacteria no patógena.
–Sí, pero esa molécula puede ser precursora de algunas enzimas o de mecanismos de resistencia en bacterias patógenas. Ahora, lo interesante es que era inesperado en nuestro paradigma de trabajo de diseño racional de las modificaciones. Y eso muestra que a veces, por más que uno utilice todo su conocimiento químico y biológico para diseñar nuevos fármacos –por ejemplo, para combatir la resistencia de las bacterias–, los resultados pueden ser muy limitados.
–¿Y entonces?
–Se puede usar esta herramienta de la evolución dirigida, no sólo para reproducir lo que ocurrió en la naturaleza sino para poder predecir a futuro cómo pueden llegar a evolucionar las bacterias, y estas enzimas en particular y tratar de producir una nueva droga o fármaco a sabiendas de futuras evoluciones de las metalo-beta-lactamasas. O diseñar los inhibidores más eficaces –hasta el momento inexistentes– de estas enzimas. Esos son los objetivos más importantes.
–¿Eso es una tarea de laboratorio o de la industria farmacéutica?
–Los laboratorios de investigación académica no pueden competir contra las farmacéuticas multinacionales que ahora, dicho sea de paso, están cerrando o reduciendo casi todos los programas de desarrollo de fármacos antibacterianos, porque lanzar un nuevo antibiótico es carísimo y es probable que su vida útil sea menor que cinco años; el cuerpo genera resistencias y el antibiótico no sirve más. Por eso se invierte en enfermedades crónicas como el Sida, o en la obesidad y la cosmética, donde las ganancias se mantienen a largo plazo y no se agotan en pocos años.
–¿Y cuál sería el rol de la investigación académica entonces?
–Jerarquizar el conocimiento y sus resultados para estimular a la industria farmacéutica a que vuelva a invertir donde ya no invierte. En nuestro caso, con las metalo-beta-lactamasas, tenemos la herramienta para predecir reacciones de cierto tipo. La industria puede tomarla en cuenta o no.