El veneno de insectos como avispas y abejas está lleno de compuestos que pueden matar bacterias. Desafortunadamente, muchos de estos compuestos también son tóxicos para los seres humanos, haciendo imposible su uso como antibióticos.

Después de realizar un estudio sistemático de las propiedades antimicrobianas de una toxina que normalmente se encuentra en una avispa sudamericana, Los investigadores del MIT han creado variantes del péptido que son potentes contra las bacterias pero no tóxicas para las células humanas.

En un estudio de ratones, los investigadores encontraron que su péptido más fuerte podía eliminar completamente Pseudomonas aeruginosa , una cepa de bacterias que causa infecciones respiratorias y de otro tipo y es resistente a la mayoría de los antibióticos.

"Hemos reutilizado una molécula tóxica en una molécula viable para tratar infecciones, "dice César de la Fuente-Núñez, un postdoctorado del MIT. "Al analizar sistemáticamente la estructura y función de estos péptidos, hemos podido ajustar sus propiedades y actividad ".

De la Fuente-Nunez es uno de los autores principales del artículo, que aparece en la edición del 7 de diciembre de la revista Biología de las comunicaciones de la naturaleza . Timothy Lu, profesor asociado del MIT de ingeniería eléctrica e informática y de ingeniería biológica, y Vani Oliveira, profesor asociado de la Universidad Federal de ABC en Brasil, también son autores senior. El autor principal del artículo es Marcelo Der Torossian Torres, ex estudiante visitante en el MIT.

Variantes venenosas

Como parte de sus defensas inmunológicas, muchos organismos, incluidos los humanos, producir péptidos que pueden matar bacterias. Para ayudar a combatir la aparición de bacterias resistentes a los antibióticos, muchos científicos han intentado adaptar estos péptidos como posibles nuevos fármacos.

El péptido en el que de la Fuente-Nunez y sus colegas se enfocaron en este estudio fue aislado de una avispa conocida como Polybia paulista. Este péptido es lo suficientemente pequeño (solo 12 aminoácidos) que los investigadores creyeron que sería factible crear algunas variantes del péptido y probarlas para ver si podrían volverse más potentes contra los microbios y menos dañinos para los humanos.

"Es un péptido lo suficientemente pequeño como para intentar mutar tantos residuos de aminoácidos como sea posible para tratar de averiguar cómo cada componente está contribuyendo a la actividad antimicrobiana y la toxicidad". "dice de la Fuente-Nunez.

Como muchos otros péptidos antimicrobianos, Se cree que este péptido derivado del veneno mata a los microbios al alterar las membranas de las células bacterianas. El péptido tiene una estructura alfa helicoidal, que se sabe que interactúa fuertemente con las membranas celulares.

En la primera fase de su estudio, Los investigadores crearon unas pocas docenas de variantes del péptido original y luego midieron cómo esos cambios afectaron la estructura helicoidal de los péptidos y su hidrofobicidad. lo que también ayuda a determinar qué tan bien interactúan los péptidos con las membranas. Luego probaron estos péptidos contra siete cepas de bacterias y dos de hongos, permitiendo correlacionar su estructura y propiedades fisicoquímicas con su potencia antimicrobiana.

Basado en las relaciones estructura-función que identificaron, Luego, los investigadores diseñaron otras pocas docenas de péptidos para realizar más pruebas. Pudieron identificar porcentajes óptimos de aminoácidos hidrófobos y aminoácidos cargados positivamente, y también identificaron un grupo de aminoácidos donde cualquier cambio afectaría la función general de la molécula.

Lucha contra la infección

Para medir la toxicidad de los péptidos, los investigadores los expusieron a células renales embrionarias humanas cultivadas en una placa de laboratorio. Seleccionaron los compuestos más prometedores para probar en ratones infectados con Pseudomonas aeruginosa , una fuente común de infecciones del tracto respiratorio y urinario, y encontró que varios de los péptidos podrían reducir la infección. Uno de ellos, administrado en una dosis alta, podría eliminarlo por completo.

"Después de cuatro días, ese compuesto puede eliminar completamente la infección, y eso fue bastante sorprendente y emocionante porque normalmente no vemos eso con otros antimicrobianos experimentales u otros antibióticos que hemos probado en el pasado con este modelo de ratón en particular, "dice de la Fuente-Nunez.

Los investigadores han comenzado a crear variantes adicionales que esperan que puedan eliminar las infecciones en dosis más bajas. De la Fuente-Nunez también planea aplicar este enfoque a otros tipos de péptidos antimicrobianos naturales cuando se una a la facultad de la Universidad de Pensilvania el próximo año.

"Creo que algunos de los principios que hemos aprendido aquí pueden aplicarse a otros péptidos similares que se derivan de la naturaleza, ", dice." Cosas como la helicidad y la hidrofobicidad son muy importantes para muchas de estas moléculas, y algunas de las reglas que hemos aprendido aquí definitivamente pueden extrapolarse ".