Ingeniería de proteínas frente a la resistencia a antimicrobianos

    Las bacterias patógenas son cada vez más resistentes a los antibióticos. Esto puede conducir a un escenario post-antibiótico en el cual algunos estudios predicen, a medio plazo, un aumento de la mortalidad comparado con otras enfermedades como el cáncer. Este hecho nos ha conducido a dirigir nuestro trabajo hacia la búsqueda de nuevos antimicrobianos que eviten los casos de resistencia, poniendo el foco en los patógenos causantes de enfermedades respiratorias. Tradicionalmente, el objetivo principal de nuestros proyectos ha sido la bacteria Streptococcus pneumoniae (neumococo), si bien recientemente estamos ampliando nuestros estudios hacia distintos agentes antibacterianos frente a otras bacterias, incluyendo algunas Gram-negativas como Pseudomonas aeruginosa o Haemophilus influenzae.

   Entre las alternativas más prometedoras a los antibióticos se encuentran las endolisinas codificadas por fagos, enzimas mayoritariamente modulares que hidrolizan el peptidoglicano bacteriano. Estas enzimas líticas fágicas se añaden exógenamente y actúan como agentes bactericidas con gran especificidad. En su uso como agentes terapéuticos también se denominan enzibióticos. En nuestro laboratorio ensayamos endolisinas fágicas silvestres o sintéticas (quiméricas), procedentes de la fusión de diferentes dominios funcionales. En los últimos años, hemos construido enzimas quiméricas específicas frente a neumococo así como otras con un rango de huésped más amplio. Asimismo, hemos comprobado su acción sinérgica con determinados antibióticos, o también entre enzibióticos que rompen diferentes enlaces. Todas estas enzimas han demostrado ser eficaces frente a bacterias susceptibles, tanto en cultivos planctónicos como en biopelículas, y los resultados se han validado en modelos animales, como ratones o peces cebra.

   Las proteínas de superficie de neumococo desempeñan un papel esencial en la viabilidad y virulencia bacterianas y, hasta ahora, no han sido consideradas con la suficiente atención como dianas para el desarrollo de nuevos antibióticos. En nuestro grupo hemos desarrollado una colección de moléculas, desde compuestos orgánicos de pequeño tamaño hasta péptidos y polipéptidos, que interfieren en el normal funcionamiento de estas proteínas. Además, empleando el concepto de multivalencia, diseñamos y ensayamos nanopartículas que contienen varias copias de nuestros compuestos activos, lo que produce un incremento exponencial en la actividad antimicrobiana de los mismos. Los estudios estructurales realizados sobre las proteínas citadas más arriba, así como con dominios de unión a biopolímeros naturales como los polihidroxialcanoatos, nos han permitido obtener, utilizando ingeniería de proteínas, variantes de las mismas con importantes aplicaciones biotecnológicas derivadas de sus propiedades de reconocimiento molecular, tales como sistemas de inmovilización de enzimas y construcción de biorreactores enzimáticos.

Palabras clave: Streptococcus pneumoniae, proteínas de unión a colina; virulencia; patógenos Gram-negativos; enzibióticos; bacteriófagos; estructura-función; nanobiotecnología; ingeniería de proteínas; polihidroxialcanoatos; estado de portador; biopelículas; estructura, estabilidad y plegamiento de proteínas.