El descubrimiento de Alexander Fleming de la penicilina, el primer antibiótico natural del mundo, se cuenta como una historia de serendipia:una placa de Petri que cultivaba bacterias estaba contaminada por moho, que segregaba una sustancia para mantener a raya a las bacterias. La lección aprendida fue que la ciencia puede aprovechar los encuentros casuales para cambiar el mundo.

Pero quizás los científicos que siguieron los pasos de Fleming deberían haber prestado más atención a un aspecto central de su descubrimiento:que dependía de la relación entre competidores microscópicos que luchan por el espacio.

Los investigadores de la Universidad de Wisconsin-Madison están colaborando entre universidades y departamentos para volver a aprender las lecciones de la penicilina. Están dando un paso más allá de una era en la que los microbios se cultivaban solos en busca de nuevos antibióticos mediante el cultivo de diferentes especies juntas. Su objetivo es estimular las defensas naturales contra viejos enemigos, como lo que sucedió cuando el moho penicillium atacó a la bacteria estafilococo en los cultivos de laboratorio de Fleming. Estas técnicas de cocultivo tienen como objetivo recrear aspectos de ecosistemas reales para estimular las capacidades antibióticas latentes y ocultas en acción.

Después de años mejorando este método relativamente nuevo, Científicos de la Facultad de Farmacia de UW-Madison y la Facultad de Ciencias Agrícolas y de la Vida descubrieron el nuevo antibiótico keyicina, una demostración de la eficacia de la técnica. Los investigadores dicen que este descubrimiento no habría sido posible sin una colaboración entre universidades que se remonta a casi una década.

Los microbios que nos dan la mayoría de nuestros antibióticos nunca crecen solos en la naturaleza. Sin embargo, tienen ese lujo en el laboratorio, donde los científicos cultivan bacterias u hongos de forma aislada para estudiarlos uno a la vez. En estas condiciones, se descubrieron muchos antibióticos que salvan vidas. Pero con el tiempo esos descubrimientos se desvanecieron, mientras que los patógenos comenzaron a desarrollar resistencia a los medicamentos existentes.

"El pozo se había secado, "dice Tim Bugni, químico de formación y profesor de farmacia en UW-Madison, quien fue el autor principal del artículo que anunciaba la keyicina, publicado en 2017. "En los años 90, la mayoría de las empresas farmacéuticas abandonaron esta área de investigación. A partir de 2000, la genómica realmente comenzó a despegar ".

La era genómica reveló una oportunidad tentadora:la secuenciación del ADN mostró que muchas bacterias tenían tesoros de genes para fabricar nuevos antibióticos. Simplemente nunca se activaron. Incluso las condiciones de laboratorio más creativas no pudieron inducir a los microbios a aprovechar este arsenal de nuevos productos químicos.

Cuando Bugni llegó a UW – Madison en 2009, pronto comenzó a trabajar con Cameron Currie, profesor de bacteriología. Los dos compartieron un interés en las asociaciones entre microbios y animales y en la investigación de antibióticos.

"Muchas de estas capacidades genéticas silenciosas para producir compuestos antimicrobianos están vinculadas al papel ecológico que desempeñan, "dice Currie, coautor del artículo sobre keyicina. El profesor de farmacia Lingjun Li también contribuyó al trabajo, que fue dirigido por el ex estudiante graduado de Bugni, Navid Adnani. Colaboradores de la Universidad de Minnesota, Yumanity Therapeutics y Bruker Daltonics también contribuyeron.

"Dado que producir antibióticos es energéticamente costoso para las bacterias, si los están utilizando en un marco ecológico, para inhibir un patógeno o competidor, tiene sentido desde una perspectiva evolutiva hacerlo solo cuando reciben una señal del organismo objetivo, en lugar de ponerlo en marcha continuamente, "dice Currie.

En teoria, un microbio competidor proporciona esa señal faltante. En respuesta a la amenaza, las bacterias activan sus genes que alguna vez fueron silenciosos, bombear un antibiótico previamente no caracterizado. Los investigadores descubrieron la keyicina cuando la bacteria Micromonospora fue desafiada con Rhodococcus. Tiempo extraordinario, la keyicina producida por Micromonospora ayudó a que se hiciera cargo del cultivo.

Ambas cepas de bacterias provienen del océano, donde están asociados con invertebrados. Una parte considerable de los antibióticos existentes se descubrió en bacterias que viven en el suelo. Pero el trabajo continuo con estas bacterias terrestres ha descubierto los mismos medicamentos una y otra vez. Bugni, que se especializa en microbios marinos, dice que aprovechar este ecosistema relativamente inexplorado brinda a los científicos una mejor oportunidad de evitar este "problema de redescubrimiento, "que plaga la investigación de antibióticos.

"Hay mucha diversidad bacteriana inexplorada en el medio marino, "Dice Bugni.

El trabajo de cocultivo está financiado por una subvención del Centro de excelencia para la investigación traslacional de los Institutos Nacionales de Salud. David Andes, profesor y jefe de enfermedades infecciosas en la Facultad de Medicina y Salud Pública de la Universidad de Wisconsin, lidera la subvención, del cual Currie y Bugni son miembros. Mientras Bugni se centra en las bacterias marinas, Currie se especializa en microbios asociados con insectos terrestres.

El equipo está evaluando la keyicina por su potencial terapéutico en animales. (La mayoría de los antibióticos nuevos se enfrentan a obstáculos considerables para su uso en humanos, pero solo más investigaciones lo dirán). Mientras tanto, Los investigadores dicen que la prueba de concepto proporcionada por el descubrimiento de la keyicina sugiere que el cocultivo seguirá proporcionando más candidatos a antibióticos nuevos.

Este enfoque requiere evolutivo, biológico, pericia química y médica dirigida a un problema cada vez más complejo.

"Este tipo de trabajo interdisciplinario es absolutamente fundamental para tener éxito en este ámbito, "dice Currie.