¿Cómo eliminar a un enemigo interior?

La bacteria Salmonella enterica es un parásito intracelular. Eso quiere decir que penetra en la célula hospedadora, queda dentro de una vacuola y allí cumple todo su ciclo biológico alimentándose del hospedador hasta matarlo. Un "alien" microscópico en toda regla. Ser un parásito intracelular tiene una serie de ventajas, entre ellas que es más fácil escapar a la detección del sistema inmune y también que es muy difícil que los antibióticos lleguen hasta donde está la bacteria alojada. Pero también tiene un coste para la bacteria. Necesita una serie de genes que le permitan sobrevivir en el interior del hospedador. Si esos genes no funcionan, entonces el parásito no puede mantenerse dentro de la célula

Generalmente, cuando uno busca un nuevo antibiótico suele realizar un cribado (screening) en el que selecciona moléculas que interfieren con procesos o estructuras vitales de la bacteria. Por ejemplo, las penicilinas inhiben la síntesis de la pared celular destruyéndola, la estreptomicina inhibe la traducción de proteínas, las quinolona impiden la replicación del ADN, etc. Pero ahora hay una nueva estrategia, en lugar de buscar objetivos esenciales (essential targets) que maten a las bacterias, lo que se busca es inhibir objetivos secundarios, procesos o estructuras que no sean vitales para la bacteria pero sí que lo sean para su virulencia. Es decir, esos nuevos antibióticos lo que harían sería desarmar al patógeno por lo que no podría producir enfermedad y nuestro sistema inmune podría encargarse de él con mayor facilidad.

Esto es precisamente lo que se describe en un reciente artículo publicado en Nature communications. Han buscado compuestos que inhibían el crecimiento de S. enterica pero en el medio ambiente intracelular. Para ello han simulado unas condiciones similares a las de la vacuola en la que habita cuando infecta una célula hospedadora: pH ácido y con pocos iones disponibles; y al que han denominado medio LPM. En paralelo, también utilizaron un modelo de infección intracelular en macrófagos. A continuación lo que hicieron fue realizar una búsqueda de cuáles eran los genes que le permitían sobrevivir a esa bacteria en esas condiciones tan especiales. Así identificaron una serie de genes involucrados en determinadas rutas metabólicas y en la biosíntesis de las envolturas celulares. Una vez hecho esto comenzaron a buscar qué tipo de compuestos podrían afectar a las funciones codificada por dichos genes utilizando tanto el modelo de infección intracelular en macrófagos como el medio que emulaba el interior celular. De esa manera han identificado a la metergolina, una molécula que distorsiona a la membrana citoplasmática de la bacteria y que le impide sobrevivir en condiciones intracelulares.

Diagrama de flujo del cribado realizado para identificar sustancias antimicrobianas que afectasen al crecimiento intracelular de S. enterica en macrófagos y en un medio de cultivo que emulase dichas condiciones (LPM). Comenzaron analizando 1600 compuestos (cuadrados de colores de la izquierda) y en cada paso fueron refinando su búsqueda hasta quedarse con los compuestos más efectivos. Ver detalles en el texto. Fuente de la imagen: Ellis et al. 2019.

El cribado de compuestos se realizó de la siguiente manera. La primera etapa fue identificar entre una colección de 1600 compuestos cuáles interferían bien con la infección en macrófagos o bien con el crecimiento en el medio LPM. De esa manera encontraron 130 compuestos, 47 de los cuales funcionaban en ambos sistemas. A continuación determinaron cual era la potencia antimicrobiana de cada uno de esos compuestos y se quedaron con los ochenta mejores, aunque posteriormente descartaron cinco que tenían una concentración mínima inhibitoria (MIC) superior a 6,25 microMolar. Con los setenta y cinco compuesto que quedaban realizaron pruebas de citotoxicidad en macrófagos midiendo la cantidad de lactado deshidrogenasas (LDH) que era liberada al ser expuestas las células a dichos compuestos. Eso redujo el número de compuestos a cincuenta y tres. Tras reconsiderar los límites de las concentraciones mínimas inhibitorias concentraron sus esfuerzos en los quince compuestos más prometedores.

Comparación de los quince compuestos obtenidos en el cribado frente a la ciprofloxacina (localizada en el extremo derecho). Se midió la efectividad de inhibición del crecimiento intracelular de la bacteria dentro de macrófagos usando tres concentraciones distintas de cada compuesto. La metergolina es el tercer compuesto empezando por la izquierda. Fuente de la imagen: Ellis et al. 2019.

Esos quince compuestos fueron comparados con la acción antimicrobiana de la ciprofloxacina, el antibiótico de referencia en el tratamiento de las infecciones de S. enterica. De todos ellos, el que mejor comportamiento mostraba era la metergolina, un compuesto que se conoce como un psicoactivo perteneciente al grupo de los compuestos del ergot y del que no se sospechaba que pudiera tener actividad antimicrobiana. A continuación comenzaron a investigar su posible mecanismo de acción y encontraron que la metergolina lisaba afectaba a la integridad de la membrana citoplasmática. En determinadas concentraciones se alteraba el potencial de membrana, lo que afecta al estado bioenergético del a célula. Llegaron a medir que los niveles de ATP celular disminuína hasta diez veces después de la adición de metergolina al medio. En concentraciones más elevadas las células llegaban a lisar. Lo último que les quedaba comprobar era el potencial como antibiótico in vivo y para ello realizaron pruebas con ratones infectados con S. enterica comprobando que la administración de metergolina disminuía el número de bacterias presentes en los diferentes órganos y aumentaba la supervivencia de los ratones.

Metergolina. Fuente Wikipedia.

¿Qué viene ahora? Pues realizar unas cuantas pruebas más en modelos animales no solo con la metergolina, sino con derivados de la misma, y si se confirman los resultados realizar un ensayo clínico en humanos y así quizás dispongamos de un nuevo antibiótico en el futuro.