Un método para diseñar antibióticos basado en codificación binaria aleatoria, desarrollado por un equipo dirigido por el Laboratorio Nacional de Física (NPL), podría abrir nuevas oportunidades en el descubrimiento de fármacos.

La actividad biológica está codificada en secuencias moleculares de veinte aminoácidos únicos. La actividad antimicrobiana no es una excepción y está programada en secuencias cortas llamadas péptidos antimicrobianos, que son utilizados por nuestro sistema inmunológico para combatir las bacterias.

A medida que la propagación de la resistencia a los antimicrobianos impulsa la necesidad de tratamientos más rápidos y selectivos, Los investigadores están desarrollando nuevas secuencias basadas en estos péptidos naturales para su uso en terapias antimicrobianas. Sin embargo, mucho se desconoce acerca de tales secuencias, en particular, ¿Qué secuencias son más efectivas contra las bacterias sin dañar las células de nuestro propio cuerpo? ¿Y qué características estructurales impulsan la selectividad?

Un equipo internacional de investigadores dirigido por NPL se propuso explorar la selectividad antimicrobiana mediante la creación de dos conjuntos de millones de secuencias antimicrobianas aleatorias construidas a partir de solo dos aminoácidos. Se predijo que el primer conjunto de secuencias que crearon mataría eficazmente las bacterias y al mismo tiempo afectaría a los glóbulos rojos humanos; el segundo conjunto de secuencias se creó para apuntar exclusivamente a células bacterianas.

Lograr esto, el equipo aprovechó la propiedad de la quiralidad reemplazando uno de los dos aminoácidos con su imagen especular. Todas las secuencias de proteínas de origen natural son quirales (es decir, no idénticas a su imagen especular), una propiedad que lleva a que sus formas de quiralidad inversa (imagen especular) no puedan afectar nuestro sistema inmunológico. A diferencia de, las bacterias a menudo cambian de quiralidad para producir antibióticos capaces de combatir otras bacterias, y, por tanto, puede verse afectado por secuencias de quiralidad inversa.

Como consecuencia, el conjunto de secuencias antimicrobianas con quiralidad parcialmente revertida mató eficazmente a las bacterias, incluidas las superbacterias MRSA y VSE, sin afectar negativamente a las células humanas, incluso a concentraciones muy elevadas. Lo más sorprendente es los dos conjuntos de secuencias exhibieron dos mecanismos físicos fundamentalmente diferentes:las secuencias homoquirales tóxicas tendían a perforar las membranas bacterianas, mientras que las secuencias de quiralidad inversa altamente selectivas no dejaron marcas visibles en las superficies de las membranas.

Los resultados, reportado en la revista Angewandte Chemie y realizado en colaboración con la Universidad Hebrea de Jerusalén, la Universidad de Brighton, la Universidad de Australia Occidental y la Universidad de Oxford, podría abrir nuevas oportunidades en el descubrimiento de fármacos para codificar antimicrobianos altamente selectivos.

Las mediciones reproducibles de la actividad antimicrobiana son esenciales para garantizar la confianza en la próxima generación de dispositivos seguros, tratamientos efectivos, y el grupo de Biotecnología de NPL está desarrollando la infraestructura de medición necesaria para respaldar el descubrimiento y desarrollo de antimicrobianos.