Científicos de la Universidad Tecnológica de Nanyang, Singapur (NTU Singapur) ha desarrollado un péptido sintético que puede hacer que las bacterias multirresistentes sean sensibles a los antibióticos nuevamente cuando se usa junto con los antibióticos tradicionales. ofreciendo esperanza para la perspectiva de una estrategia de tratamiento combinado para abordar ciertas infecciones tolerantes a los antibióticos.

Por sí mismo, el péptido antimicrobiano sintético también puede matar bacterias que se han vuelto resistentes a los antibióticos.

Todos los años, un estimado de 700, 000 personas en todo el mundo mueren de enfermedades resistentes a los antibióticos, según la Organización Mundial de la Salud. En ausencia de nuevas terapias, las infecciones causadas por superbacterias resistentes podrían matar a 10 millones de personas más cada año en todo el mundo para 2050, superando al cáncer. La resistencia a los antibióticos surge en las bacterias cuando pueden reconocer y prevenir medicamentos que de otro modo las matarían. de pasar a través de su pared celular.

Esta amenaza se ve acelerada por la pandemia de COVID-19 en desarrollo, con pacientes ingresados ​​en hospitales que a menudo reciben antibióticos para mantener bajo control las infecciones bacterianas secundarias, amplificando la oportunidad de que surjan y se propaguen patógenos resistentes.

El equipo de NTU Singapur, dirigido por la profesora asociada Kimberly Kline y la profesora Mary Chan, desarrolló un péptido antimicrobiano conocido como CSM5-K5 que comprende unidades repetidas de quitosano, un azúcar que se encuentra en las conchas de los crustáceos y que tiene un parecido estructural con la pared celular bacteriana, y unidades repetidas del aminoácido lisina.

Los científicos creen que la similitud estructural del quitosano con la pared celular bacteriana ayuda al péptido a interactuar y a incrustarse en él. causando defectos en la pared y la membrana que eventualmente matan a las bacterias.

El equipo probó el péptido en biopelículas, que son capas viscosas de bacterias que pueden adherirse a superficies como tejidos vivos o dispositivos médicos en hospitales, y que son difíciles de penetrar por los antibióticos tradicionales.

Tanto en biopelículas preformadas en el laboratorio como en biopelículas formadas en heridas en ratones, el péptido desarrollado por NTU mató al menos al 90 por ciento de las cepas de bacterias en cuatro a cinco horas.

En experimentos separados, cuando se usó CSM5-K5 con antibióticos a los que las bacterias son resistentes de otra manera, se eliminaron más bacterias en comparación con cuando se utilizó CSM5-K5 solo, sugiriendo que el péptido hizo que las bacterias fueran susceptibles a los antibióticos. La cantidad de antibióticos utilizados en esta terapia combinada también estaba en una concentración más baja que la que se prescribe habitualmente.

Los hallazgos fueron publicados en la revista científica. Enfermedades Infecciosas ACS En Mayo.

Profesora adjunta Kimberly Kline, investigador principal del Centro de Ingeniería de Ciencias de la Vida Ambiental de Singapur (SCELSE) en NTU, dijo:"Nuestros hallazgos muestran que nuestro péptido antimicrobiano es eficaz ya sea que se use solo o en combinación con antibióticos convencionales para combatir las bacterias resistentes a múltiples fármacos. Su potencia aumenta cuando se usa con antibióticos, restaurando de nuevo la sensibilidad de las bacterias a las drogas. Más importante, descubrimos que las bacterias que probamos desarrollaron poca o ninguna resistencia contra nuestro péptido, convirtiéndolo en una adición eficaz y factible a los antibióticos como una estrategia de tratamiento de combinación viable mientras el mundo lucha contra la creciente resistencia a los antibióticos ".

Profesora Mary Chan, director del Centro de Bioingeniería Antimicrobiana de la NTU, dijo:"Si bien los esfuerzos se centran en hacer frente a la pandemia de COVID-19, También debemos recordar que la resistencia a los antibióticos sigue siendo un problema creciente, donde las infecciones bacterianas secundarias que se desarrollan en los pacientes podrían complicar las cosas, planteando una amenaza en los entornos sanitarios. Por ejemplo, Las infecciones respiratorias virales podrían permitir que las bacterias ingresen a los pulmones con mayor facilidad, que conduce a la neumonía bacteriana, que se asocia comúnmente con COVID-19 ".

Cómo actúa el péptido antimicrobiano

Péptidos antimicrobianos, que llevan una carga eléctrica positiva, normalmente funcionan uniéndose a las membranas bacterianas cargadas negativamente, interrumpir la membrana y hacer que las bacterias mueran eventualmente. Cuanto más cargado positivamente está un péptido, cuanto más eficaz es para unirse a las bacterias y, por tanto, matarlas.

Sin embargo, La toxicidad del péptido para el huésped también aumenta en consonancia con la carga positiva del péptido:daña las células del organismo huésped al matar las bacterias. Como resultado, Los péptidos antimicrobianos diseñados hasta la fecha han tenido un éxito limitado, dijo el profesor adjunto Kline, quien también es de la Escuela de Ciencias Biológicas de la NTU.

El péptido diseñado por el equipo de NTU, llamado CSM5-K5, es capaz de agruparse para formar nanopartículas cuando se aplica a biopelículas de bacterias. Este agrupamiento da como resultado un efecto disruptivo más concentrado en la pared celular bacteriana en comparación con la actividad de cadenas simples de péptidos. lo que significa que tiene una alta actividad antibacteriana pero sin causar daño indebido a las células sanas.

Para examinar la eficacia de CSM5-K5 por sí solo, los científicos de la NTU desarrollaron biopelículas separadas que comprenden Staphylococcus aureus resistente a la meticilina, comúnmente conocida como la superbacteria MRSA; una cepa de Escherichia coli altamente virulenta resistente a múltiples fármacos (MDR E. Coli); y Enterococcus faecalis resistente a la vancomicina (VRE). MRSA y VRE están clasificados como amenazas graves por los Centros para el Control y la Prevención de Enfermedades de EE. UU.

En experimentos de laboratorio, CSM5-K5 mató a más del 99 por ciento de las bacterias del biofilm después de cuatro horas de tratamiento. En heridas infectadas en ratones, el péptido antimicrobiano desarrollado por NTU mató a más del 90 por ciento de las bacterias.

Cuando se utilizó CSM5-K5 con antibióticos convencionales, el equipo de NTU descubrió que el enfoque combinado condujo a una mayor reducción de las bacterias tanto en las biopelículas formadas en laboratorio como en las heridas infectadas en ratones en comparación con cuando solo se usaba CSM5-K5, sugiriendo que el péptido antimicrobiano hacía que las bacterias fueran sensibles a los fármacos a los que de otro modo serían resistentes.

Más importante, El equipo de NTU descubrió que las tres cepas de bacterias estudiadas (MRSA, VRE y MDR E. coli) desarrollaron poca o ninguna resistencia contra CSM5-K5. Si bien MRSA desarrolló una resistencia de bajo nivel contra CSM5-K5, esto hizo que MRSA fuera más sensible al fármaco al que de otro modo es resistente.

El profesor Chan dijo:"El desarrollo de nuevos medicamentos por sí solo ya no es suficiente para combatir infecciones bacterianas difíciles de tratar, a medida que las bacterias continúan evolucionando y son más astutas que los antibióticos / Es importante buscar formas innovadoras de abordar las infecciones bacterianas difíciles de tratar asociadas con la resistencia a los antibióticos y las biopelículas, como abordar los mecanismos de defensa de las bacterias. Un método más eficaz y económico para combatir las bacterias es mediante un enfoque de terapia combinada como el nuestro ".

El siguiente paso adelante para el equipo es explorar cómo este enfoque de terapia combinada puede usarse para enfermedades raras o para vendajes de heridas.