El animal sagrado de la India, la vaca, realmente merece su reputación. Los científicos indios han utilizado una enzima del intestino de la vaca para destruir biopelículas bacterianas en el tratamiento de personas con enfermedades peligrosas. La mayoría de las bacterias patógenas secretan capas de matriz a su alrededor llamadas biopelículas. Estas biopelículas actúan como barreras gruesas que limitan la penetración de los medicamentos y ayudan a las bacterias a volverse resistentes a los antibióticos, pero hay una manera de contraatacar, gracias a las vacas.
Un equipo de investigadores del Instituto Indio de Ciencias (IISc) ha desarrollado una forma de romper la barrera de la biopelícula utilizando una enzima del tracto digestivo de las vacas, informa Rohini Subrahmanyam en un comunicado de la universidad. Los resultados también se publicaron en npj Biofilms and Microbes.
Klebsiella pneumoniae es una bacteria oportunista que infecta a los pacientes en los hospitales, provocando afecciones como neumonía, infecciones del tracto urinario y meningitis. En personas con diabetes infecta heridas que acaban cicatrizando lentamente, provocando complicaciones que en ocasiones pueden derivar en la amputación de un miembro.
K. pneumoniae secreta una biopelícula de matriz resistente compuesta principalmente de azúcares, grasas, proteínas y ADN. Las cadenas de moléculas de azúcar en esta matriz se combinan para formar polisacáridos, que desempeñan un papel clave en el fortalecimiento de la biopelícula.
El equipo del IISc decidió desarrollar una estrategia biocompatible para descomponer estos polisacáridos y descomponer la biopelícula protectora. Descubrieron que las enzimas que descomponen los polisacáridos pueden servir para este propósito y que el intestino de la vaca es un lugar ideal para buscarlas. El intestino de la vaca contiene enzimas microbianas que digieren varios tipos de polisacáridos complejos, como la celulosa y la hemicelulosa, que el animal obtiene de sus alimentos vegetales.
Los polisacáridos de celulosa son muy similares a los que se encuentran en las biopelículas bacterianas. El equipo se centró en un conjunto de enzimas llamadas glucósidos hidrolasas (GH), estudiando de cerca sus estructuras proteicas para identificar aquellas que potencialmente podrían descomponer los polisacáridos de manera eficiente. Ampliaron uno al que llamaron GH-B2, que se encuentra en el rumen, la parte más grande del estómago, y lo sintetizaron artificialmente en el laboratorio.
Cuando los científicos probaron GH-B2 creado en laboratorio en cuatro cepas diferentes de K. pneumoniae aisladas de diferentes pacientes hospitalarios, descubrieron que destruía con éxito las biopelículas en los cuatro.
“Esta amplia actividad enzimática fue sorprendente porque las cepas variaban en sus serotipos”, dice Debasis Das, profesor asociado de química física e inorgánica (IPC) y autor correspondiente del estudio. Diferentes cepas de la misma bacteria responden de manera diferente a las células inmunitarias del huésped, lo que da lugar a variantes llamadas serotipos.
Los investigadores descubrieron que el tratamiento de la biopelícula madura con una enzima que alteraba la matriz de la biopelícula hacía que las bacterias fueran 15 veces más susceptibles a un antibiótico de amplio espectro llamado meropenem. Cuando agregaron la enzima temprano en la formación de biopelículas, evitó por completo el desarrollo de biopelículas y las bacterias se volvieron 250 veces más susceptibles al antibiótico. La alteración de la biopelícula también hizo que K. pneumoniae fuera más vulnerable al ataque de células inmunes en ratones y humanos.
El equipo también probó su enzima en ratones de laboratorio que tenían heridas infectadas con K. pneumoniae . El tratamiento de la herida tanto con la enzima como con meropenem dio como resultado la desaparición completa de las biopelículas.
“La probabilidad de que las bacterias se vuelvan resistentes es mucho menor porque nuestra enzima no daña directamente a las bacterias; simplemente destruye la matriz”, dice Reshma Ramakrishnan, estudiante de posgrado en el laboratorio de Das y primera autora del estudio. “Esta será una terapia combinatoria: podemos usar una enzima más un antibiótico para tratar infecciones asociadas con la biopelícula de K. pneumoniae”.
Los científicos ahora planean incorporar la enzima en algo que se pueda llevar puesto, como un vendaje para heridas. “Para las infecciones locales, especialmente las infecciones de la piel en los diabéticos, esto podría ser muy importante”, dijo Deepshikha Chakravortty, profesora del Departamento de Microbiología y Biología Celular y otra autora correspondiente del estudio.
Das sugiere que la enzima también podría usarse como recubrimiento en dispositivos médicos para prevenir la formación de biopelículas.
“Necesitamos desarrollar nuevas estrategias para romper con el modo de vida habitual de las bacterias peligrosas, lo que ayudará a los agricultores poderosos, y esta tecnología tiene un futuro brillante”, concluyó Chakravortty.
Fuente: Instituto Indio de Ciencias. Autor: Rohini Subrahmanyam.
