Bacterias aisladas de insectos como fuente de nuevos antibióticos

Historia de los antibióticos

Desde la antigüedad el ser humano ha intentado emplear plantas y hongos (como los que seguro has observado creciendo sobre alimentos) con la finalidad de tratar enfermedades infecciosas. Sin embargo, el éxito de estos tratamientos era muy limitado y, por lo tanto, las enfermedades infecciosas, como la tuberculosis (enfermedad respiratoria causada por una bacteria) y la malaria (enfermedad transmitida por la picadura de mosquitos), eran una de las principales causas de muerte. A principios del siglo XIX comenzaron a realizarse investigaciones mucho más formales para aislar moléculas con actividad antibiótica, por ejemplo, Louis Pasteur descubrió que algunas bacterias podían destruir a la bacteria del ántrax. Otro ejemplo es el caso del científico Rudolf von Emmerich, quien aisló una sustancia capaz de destruir a los microorganismos causantes de las enfermedades de la colera y de la difteria, sin embargo, nunca pudo aplicarlo de forma exitosa a personas enfermas. Finalmente, Alexander Flemming descubrió la penicilina en 1929, siendo este el primer antibiótico exitoso. Y algunos años más tarde (1943), Albert Schatz descubrió la estreptomicina, considerado el segundo antibiótico comercial que, además, demostró ser efectivo en el tratamiento de la tuberculosis (Hutchings et al., 2019). Tanto la penicilina como la estreptomicina son sustancias aisladas de microorganismos ambientales, del hongo Penicillium chrysogenum y de la bacteria Streptomyces griseus respectivamente. El descubrimiento de los primeros antibioticos marcó también la forma en la que se iban a buscar y aislar nuevas moléculas con actividad antibiótica. ¿Sabías que algunos microbios producen los antibioticos que utilizamos? Actualmente, contamos con una amplia gama de antibioticos con mecanismos de acción distintos aislados casi en su mayoría de bacterias del género Streptomyces (Puede ver algunos ejemplos en la Tabla 1).

Antibiótico (Año)	Origen
Penicilina (1929)	Hongos de los géneros Penicillium y Aspergillus
Estreptomicina (1943)	Streptomyces griseus
Eritromicina (1952)	Streptomyces erythreus
Vancomicina (1956)	Streptomyces orientalis
Meticilina (1960)	Sintético
Ácido nalidíxico (1962)	Sintético
Cefalosporina (1964)	Cephalosporium acremonium
Norfloxacina (1980)	Streptomyces roseosporus
Linezolid (2000)	Sintético
Daptomicina (2003)	Streptomyces roseosporus

Tabla 1. Ejemplos de antibióticos comerciales y su origen

Resistencia a antibióticos

Sin lugar a dudas el descubrimiento de los antibioticos revolucionó la historia de la humanidad salvando millones de vidas y permitiendo el desarrollo y la práctica de procedimientos médicos que a principios del siglo pasado serían imposibles, como los trasplantes de órganos. Sin embargo, el uso masivo tanto en el ámbito clínico como en la salud de los animales y los cultivos ha provocado la selección y la distribución de bacterias capaces de resistir a sus efectos, hasta el punto de que la salud humana está siendo seriamente amenazada. En el año 2014 murieron 700 000 personas por bacterias resistentes a antibióticos y se estimó que para el año 2050 se podrían alcanzar hasta 10 millones de muertes al año (O’Neil, 2016). De manera preocupante, en el 2019 alrededor de 5 millones de muertes se asociaron a bacterias resistentes a antibióticos. Así, de no controlarse adecuadamente, esta problemática puede llegar a ser catastrófica para la humanidad.

Para tratar de frenar este problema, la organización mundial de la salud (OMS) ha instado a las instituciones a buscar alternativas para tratar infecciones causadas por un grupo especifico de bacterias, donde se encuentran: Enterococcus faecium, Staphylococcus aureus, Klebsiella pneumoniae, Acinetobacter baumannii, Pseudomonas aeruginosa y Enterobacter spp. Desafortunadamente, muy pocos antibióticos han sido desarrollados con éxito en los últimos diez años, y la mayoría de ellos pertenecen a familias para las cuales la resistencia se encuentra muy extendida. Como consecuencia, se necesitan nuevas estrategias para superar la crisis de resistencia a antibióticos (Antimicrobial Resistance Collaborators, 2022). De manera interesante, el 69% de los antibióticos comerciales son derivados de productos naturales y un 97% de estos tienen origen bacteriano. Por lo que, para incrementar las posibilidades de descubrir moléculas nuevas, con mecanismos de acción novedosos, es esencial explorar nuevas fuentes y una con gran potencial son las bacterias simbiontes de insectos.

Búsqueda de nuevas moléculas con actividad antibiótica

En general, los insectos son sumamente exitosos al colonizar una gran variedad de nichos ecológicos enfrentando numerosos retos a lo largo de su vida, donde se incluyen los depredadores, parásitos e infecciones bacterianas. Las bacterias que establecen relaciones benéficas con los insectos, denominadas bacterias simbiontes, juegan un papel crucial para afrontar todos estos retos. De manera muy general, estos simbiontes emplean dos estrategias de acción: activan el sistema inmune del insecto hospedero o producen metabolitos secundarios con actividad antibiótica, por lo que actualmente, las bacterias simbiontes de insectos se consideran como una buena fuente de nuevos antibióticos. A continuación, daremos algunos detalles de investigaciones relevantes en esta área crítica (Van Moll et al., 2021). Además, en la figura 1 se detalla la forma sistémica en que se desarrolla la búsqueda de nuevas moléculas con actividad antibiótica.

Hormigas. Las hormigas son insectos eusociales (nivel social de organización donde dos o más generaciones viven juntas y los adultos cuidan de las crías, además, los miembros están divididos en reproductores y no reproductores). Son uno de los grupos de mayor éxito con al menos catorce mil especies descritas llegando a colonizar prácticamente todo el planeta. Se han identificado bacterias del género Streptomyces formando parte de la microbiota (conjunto de organismos que residen en el individuo) de las hormigas que le proveen de defensas químicas para combatir de forma efectiva las enfermedades infecciosas.

Recientemente se identificó que una bacteria del género Streptomyces aislada de una hormiga cortadora de hojas brasileña es capaz de producir un compuesto llamado cifomicina. El compuesto purificado presenta actividad contra infecciones causadas por hongos multirresistentes a antibióticos con el cual las hormigas pueden defenderse de infecciones y a nosotros nos puede proporcionar una nueva herramienta para ayudarnos a combatir el grave problema de la resistencia a los antimicrobianos. Además, también se ha reportado que la especie de hormiga cortadora de hojas, Atta cephalotes, ha demostrado ser una valiosa fuente de diversos tipos de bacterias incluidas actinomicetos con una gran capacidad para producir sustancias bioactivas que combaten las levaduras del género Cándida, responsables de infecciones comunes en humanos (Chevrette et al., 2019).

Avispas. De manera general, las avispas tienen un ciclo de vida compuesto por varias fases: huevo, larva, pupa y adulto. Al igual que ocurre con otros insectos, los estadios iniciales de crecimiento representan una gran vulnerabilidad para padecer infecciones por bacterias y hongos, por lo que se cree que deben tener algún mecanismo de defensa. Se han identificado bacterias beneficiosas, principalmente Actinobacterias, en los nidos de las avispas que probablemente cumplen una función de protección contra posibles patógenos. Además, se han aislado microorganismos de las glándulas salivales y de la cutícula (parte exterior de los insectos, normalmente es muy rígida) de las avispas adultas, y se cree que estas son las que realizan la inoculación (transferencia de bacterias beneficiosas) de los nidos con el fin de proteger a las crías. La investigación en esta área apenas ha comenzado; sin embargo, resulta muy prometedor, ya que de los aislados probados, el 90% presenta actividad inhibitoria del crecimiento contra bacterias y hongos patógenos (Cambronero-Heinrichs et al., 2019)

Mosca soldado negra. Las larvas de este insecto pueden alimentarse prácticamente de cualquier desecho orgánico en buen estado o en fases de descomposición muy avanzadas, donde se sabe que abunda los microorganismos patógenos. Por lo anterior, se realizó la búsqueda de microorganismos benéficos en el tracto gastrointestinal de las larvas con la capacidad de producir moléculas que protejan contras posibles infecciones. Se aisló de forma exitosa la levadura Pichia kudriavzevii que presentó actividad contra Salmonella typhimurium. Por lo que las larvas de este insecto han demostrado ser una buena fuente de bacterias productoras de antimicrobianos y si consideramos que la microbiota de su tracto gastrointestinal cambia dependiendo de la dieta, aun queda mucho por explorar en la búsqueda de nuevas moléculas con actividad antimicrobiana (Xia et al., 2021).

Figura 1. Enfoque sistemático para la identificación de moléculas con actividad antimicrobiana producidas por bacterias simbiontes de insectos. A) Los insectos poseen bacterias simbiontes prácticamente en todo su cuerpo, sin embargo, el sistema digestivo es una de las primeras opciones para aislar posibles bacterias beneficiosas. B) Se selecciona un insecto de interés, puede ser el insecto completo o una parte en particular del insecto para aislar a las bacterias simbiontes. Las bacterias aisladas se crecen de forma individual y sus metabolitos secundarios se prueban por capacidad para inhibir el crecimiento de bacterias patógenas. Se realiza la extracción del compuesto responsable de la inhibición y finalmente se identifican las moléculas.

Conclusión

La crisis actual causada por la resistencia a los antibioticos podría llegar a considerarse como una nueva pandemia, por su alcance global y por las terribles consecuencias que podrían llegar a presentarse si no se toman medidas de forma inmediata. Por ejemplo, podría llegar el día en que no contemos con ninguna opción para tratar alguna enfermedad infecciosa. Como ciudadanos responsables, debemos considerar medidas tan básicas como mantener buenos hábitos de higiene y mantener al día el esquema de vacunación Por su parte, la comunidad científica esta enfocada en la búsqueda de nuevas moléculas con actividad antimicrobiana y los insectos han demostrado ser una fuente prometedora.

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