Los microorganismos son una fuente ilimitada de recursos. Entre ellos, los antibióticos y agentes antitumorales de origen microbiano ocupan un lugar especial debido a su gran relevancia clínica. Sin embargo, tras decenas de años de numerosos hallazgos en el área, en las últimas dos décadas el descubrimiento de nuevas biomoléculas producidas por bacterias u hongos se redujo drásticamente debido al elevado ratio de redescubrimientos. Esto es debido a que, con las técnicas de cultivo microbiológico comúnmente empleadas, los microorganismos no activan la expresión de rutas metabólicas novedosas. Por ello, el uso de la genómica se erige de manera prometedora para la búsqueda de nuevos metabolitos microbianos que puedan tener una aplicación clínica o biotecnológica. Mediante el estudio de los genomas microbianos podemos descubrir nuevos genes y/o rutas metabólicas que sean responsables de la biosíntesis de biomoléculas y, por tanto, llegar a descubrir nuevos fármacos.
Con ese mismo objetivo, investigadores del Grupo Interacciones Microbianas de la Universidad de Salamanca, pertenecientes al Departamento de Microbiología y Genética, al Instituto de Investigación en Agrobiotecnología (CIALE) y a la Unidad de Excelencia AGRIENVIRONMENT, han realizado un estudio de genómica comparativa con 194 especies del género Pseudomonas, un grupo de bacterias muy diverso y con una batería metabólica extensa. Los resultados obtenidos podrán orientar eficientemente la búsqueda de nuevos fármacos de origen microbiano.
En el trabajo, los científicos han buscado conjuntos de genes que puedan tener relación con la producción de metabolitos secundarios y los han comparado con aquellos ya descritos y publicados en las bases de datos disponibles. Como parte del estudio se incluyen análisis evolutivos sobre casi 1,800 grupos de genes que muestran su divergencia o similitud. Gracias a esto, han podido señalar multitud de rutas metabólicas aún no descritas y que, por sus características, podrían sintetizar moléculas bioactivas de gran interés.
Algunas de las rutas metabólicas halladas tienen relación con familias de moléculas con actividad antimicrobiana, por lo que un estudio más detallado podría dar lugar al descubrimiento de nuevos antibióticos derivados más eficaces. Además, los investigadores abordan el estudio de pequeños genes que, debido a sus atributos, podrían producir péptidos antimicrobianos. En esta búsqueda encontraron 356 posibles péptidos antimicrobianos, de los cuales 119 no tendrían capacidad hemolítica, lo cual facilitaría su uso clínico.
Patrones evolutivos
Otro de los hitos importantes del trabajo es la descripción de los tipos mayoritarios y minoritarios de metabolitos secundarios dentro del género Pseudomonas. Gracias a esto, los investigadores han observado que, al contrario de lo que suele ocurrir en muchos otros géneros bacterianos, las Pseudomonas producirían un porcentaje muy bajo de metabolitos secundarios derivados del metabolismo lipídico. Señalan que estos resultados pueden ser debidos a que estas bacterias utilicen los lípidos o ácidos grasos para producir moléculas bioactivas mediante sistemas metabólicos aún no descritos. Buscando una explicación a esto, han aplicado métodos novedosos basados en la búsqueda de patrones evolutivos que permitan discernir si alguna enzima originalmente relacionada con la síntesis o degradación de ácidos grasos, ahora haya evolucionado en Pseudomonas para cumplir con otro fin, como la producción de nuevas biomoléculas. Entre sus resultados destacan algunos genes y enzimas que tienen una alta probabilidad de estar involucrados en sistemas enzimáticos novedosos, lo cual puede conducir a descubrimientos con amplias aplicaciones industriales, clínicas y ecológicas.
Los investigadores pretenden desmigar los resultados publicados para poder aislar e identificar alguna de sus predicciones y, con suerte, descubrir una nueva familia de antibióticos. Gracias a los estudios realizados, los investigadores creen que han acotado algunas rutas metabólicas de gran interés y con mucho potencial, por lo que suponen que la tasa de éxito de su búsqueda será más que rentable.
Este tipo de investigaciones son de gran importancia en la actualidad, ya que muchas de las armas terapéuticas para combatir a las infecciones producidas por bacterias multirresistentes son cada vez menos efectivas. De hecho, según estimaciones de la OMS, la resistencia a antibióticos implicará un número de muertes mayor que la del cáncer en el año 2050. Para evitar y/o paliar este gran problema de salud pública se tienen que descubrir nuevos antibióticos eficaces. Teniendo esto en cuenta, los estudios novedosos y ambiciosos como el que están llevando a cabo los científicos de la USAL podrían ayudar a combatir esta amenaza.
Colaboradores y referencia del artículo
La investigación publicada en “Microbial Genomics” ha sido realizada por Zaki Saati Santamaría, Ezequiel Peral Aranega, Raúl Rivas y Paula García Fraile, del Departamento de Microbiología y Genética de la Universidad de Salamanca (Grupo Interacciones Microbianas, https://microusal.com/) y del Instituto de Investigación en Agrobiotecnología (CIALE; https://ciale.usal.es/), en colaboración con Nelly Sélem Mojica, del Centro de Ciencias Matemáticas de la Universidad Autónoma de México.
Zaki Saati Santamaría es investigador postdoctoral bajo un contrato de la Junta de Castilla y León. Ezequiel Peral Aranega es contratado predoctoral (Junta Castilla y León) y realiza la tesis doctoral bajo la dirección de los otros participantes del estudio, Paula García Fraile (Profesora titular del área de microbiología) y Raúl Rivas González (Catedrático del área demicrobiología y director del GIR Interacciones microbianas).
Publicación:
Saati-Santamaría, Z., Selem-Mojica, N., Peral-Aranega, E., Rivas, R., García-Fraile, P. (2022). Unveiling the genomic potential of Pseudomonas type strains for discovering new natural products. Microbial Genomics 8(2):758. https://doi.org/10.1099/mgen.0.000758
