Las máquinas moleculares combaten las infecciones
Los antibióticos han marcado un hito importante en la lucha contra las enfermedades infecciosas. Sin embargo, el uso generalizado e indiscriminado de estos fármacos en la práctica clínica ha provocado la aparición de resistencia a los antibióticos, uno de los retos sanitarios más importantes del siglo XXI. En la actualidad, la resistencia a los antibióticos es responsable de más de un millón y medio de muertes al año en todo el mundo, con el consiguiente coste sanitario.
Nanomateriales activados por la luz dirigidos contra las bacterias
Existen muy pocos antibióticos nuevos con un modo de acción novedoso en fase de desarrollo clínico por parte de la industria farmacéutica. Ello permite que la mayoría de los antibióticos en fase de desarrollo sean susceptibles a los mismos mecanismos de resistencia observados en moléculas desarrolladas anteriormente. En este sentido, el equipo del proyecto REBELLION desarrolló nanomoléculas sintéticas denominadas «máquinas moleculares» como alternativa a los antibióticos. El trabajo se realizó con el apoyo de las acciones Marie Skłodowska-Curie (MSCA, por sus siglas en inglés) y se centró en máquinas moleculares activadas por luz que pueden controlarse con precisión espacial y temporal modulando la intensidad y la longitud de onda del estímulo luminoso. «Estas diminutas centrales energéticas podrían proporcionar la tan necesaria ventaja en nuestra batalla contra las superbacterias, redefiniendo la forma en que combatimos las infecciones en nuestro panorama cambiante», destaca Ana L. Santos, beneficiaria de una beca de investigación individual MSCA. Cuando se activan mediante longitudes de onda de luz específicas, dichas máquinas moleculares experimentan rápidos cambios de conformación que generan una rotación unidireccional, similar a la de un taladro. Este movimiento de perforación puede propulsar moléculas a través de las bicapas lipídicas, causando la muerte celular. Asimismo, ya se ha demostrado que las máquinas moleculares actúan de forma selectiva sobre las células cancerosas y las destruyen. No obstante, una limitación importante era que la activación de estas máquinas moleculares requieren luz ultravioleta, la cual es tóxica para las células humanas. Santos y sus colaboradores superaron este obstáculo cambiando la estructura química de las máquinas moleculares para que respondieran a la luz azul visible y segura, conservando su modo de acción.
Erradicación de microorganismos en minutos
En el laboratorio, las máquinas moleculares fueron capaces de matar una amplia variedad de microrganismos patógenos bacterianos y fúngicos, incluidas cepas resistentes a los antibióticos como «Staphylococcus aureus» resistente a la meticilina. Ello ocurrió en cuestión de minutos tras la activación por luz, superando a los antimicrobianos convencionales. Para eliminar las bacterias, las máquinas moleculares se unen a sus membranas y las perforan mecánicamente al activarse por la luz, lo que provoca la ruptura mortal de las células bacterianas. En los hongos, las máquinas moleculares se acumulan en las mitocondrias y atraviesan sus membranas, saboteando así la producción de energía y provocando la muerte celular. «Sorprendentemente, los microrganismos patógenos no parecen desarrollar resistencia, lo cual indica que el efecto antimicrobiano físico de las máquinas moleculares es en esencia diferente de los fármacos convencionales, que se unen a dianas moleculares específicas y contra los que la resistencia puede evolucionar fácilmente con solo unas pocas mutaciones», explica Santos. Las máquinas moleculares también demostraron ser muy eficaces contra los fenotipos resistentes, como las biopelículas y las células persistentes, es decir, las células latentes que pueden tolerar los antimicrobianos convencionales, que suelen dirigirse a los procesos metabólicos relacionados con el crecimiento activo. Dado que las máquinas moleculares destruyen mecánicamente las membranas microbianas mediante un proceso que no depende de la actividad metabólica de la célula, pueden erradicar de forma eficaz estos fenotipos difíciles de tratar.
Combinación de máquinas moleculares con otros agentes
Las máquinas moleculares también pueden utilizarse para mejorar la eficacia de los agentes antimicrobianos convencionales. Al permeabilizar y debilitar las membranas de los microbios, facilitan la captación de fármacos antimicrobianos en las células. Además, inhiben las bombas de eflujo que expulsan los fármacos fuera de la célula y, por tanto, aumentan la concentración intracelular del fármaco. «Aunque es necesario seguir investigando para optimizar su aplicación terapéutica y garantizar su seguridad, las máquinas moleculares representan un cambio de paradigma en nuestro abordaje de las enfermedades infecciosas», concluye Santos.
Palabras clave
REBELLION, antibióticos, enfermedades infecciosas, resistencia a los antibióticos, activación por luz, máquinas moleculares, membrana bacteriana, mitocondria
