Entrevista con el Dr. Hugo Gramajo

Noticia CONICET

Inhibidores de Carboxilasas contra la Tuberculosis

Nuevo avance argentino contra la tuberculosis

Bioquímicos de la UNR avanzan en la lucha contra esta enfermedad que produce 2 millones de muertes al año en todo el mundo. A través de la microbiología detectaron la forma de poder desarrollar a futuro fármacos para combatir la bacteria causante del mal

Tal como dio a conocer la casa de altos estudios santafesina, los científicos encontraron una droga que podría en algún momento ser utilizada como base para el desarrollo de nuevos antibióticos que pongan un coto a la acción del Mycobacterium Tuberculosis, el agente causante de este mal.

Se cree que un tercio de la población mundial está infectada por este tipo de bacteria, pero su sistema inmune lo mantiene restringido o en dormancia, por lo cual no sería una célula activa. Además, cada año se producen ocho millones de nuevos portadores.

En este sentido, según indicó en un informe la UNR, la bacteria puede permanecer latente en el organismo durante un largo periodo, hasta que una disminución de las defensas le de la oportunidad de multiplicarse y producir los síntomas de la enfermedad. Sería el caso por ejemplo de pacientes con HIV, o de aquellos que reciben tratamientos supresores para transplantes.

Sobre la base de este funcionamiento, el equipo de especialistas liderado por Hugo Gramajo detectó un nuevo blanco de acción de antibióticos, "algo que es esencial para un microorganismo que tiene que ver con la síntesis de lípidos de la envoltura externa del mycobacterium", contó el científico en diálogo con la publicación El Periódico Digital de la UNR.

Tal como explicó este investigador, "una vez identificado ese blanco de acción, cristalizamos la proteína y buscamos mediante softwares, compuestos que se puedan pegar a los sitios activos de esa proteína. Así encontramos algunos candidatos que se pegan a ella e inhiben el crecimiento de mycobacterium. Sin embargo, eso no quiere decir que hayamos descubierto un antibiótico para uso humano", aclaró.

Los avances de estos investigadores revisten importancia dado que en el tratamiento contra la tuberculosis no se produce desarrollo de nuevas drogas desde hace 40 años y hay mucha generación de resistencias a los mismos.

De ahí que el descubrimiento de nuevos fármacos es de vital importancia a fin de inhibir el crecimiento de estas bacterias patógenas. Sin embargo, pese al significativo número de personas que padecen esta enfermedad, para las grandes empresas farmacéuticas, la subvención para la búsqueda de nuevos antibióticos no parece ser un negocio atractivo, pese a que la mayor cantidad de enfermos por tuberculosis se localiza en los países más pobres del mundo.

Según Gramajo, este descubrimiento "es un aporte al conocimiento en general y abre una pequeña puerta al desarrollo de inhibidores específicos".

Para el investigador hay varios factores que hay que tener en cuenta a fin de que una droga o inhibidor pueda ser convertido en antibiótico. El hallazgo del grupo del IBR constituye una base para entender que esa proteína es un buen blanco de acción para el diseño de posibles antibióticos.

"Lo que es interesante -sugirió el docente de la Facultad de Ciencias Bioquímicas- es que el tipo de enzima a la cual atacamos es distinta a la que tienen humanos y a la que tienen otras bacterias. La estructura es diferente, por lo cual uno puede especular que si encuentra inhibidores frente a ella, serían bastante específicos y no tendría tanta toxicidad para humanos".

Para los investigadores, el problema de muchos antibióticos radica en que son inespecíficos, es decir pueden atacar tanto a las bacterias como a las células mamíferas. "Entonces uno tiene que jugar ahí con lo que es toxicidad y acción de los antibióticos como tal. Si uno puede reducir a eso, tiene mejores chances de utilizar concentraciones más altas para matar el microorganismo", relató Gramajo.

Los resultados de esta investigación, fueron publicados en la prestigiosa revista Proceedings of the Nacional Academy of Sciences de los Estados Unidos. El grupo rosarino trabajó en colaboración con un grupo de la Universidad de Irving, California. Mientras que el primero realizó la parte genética y bioquímica de la investigación, el segundo trabajó sobre la cristalización de la proteína.

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Rosario hizo un gran aporte a la lucha contra la tuberculosis 
Científicos locales dieron un paso adelante en la investigación para lograr una nueva droga. 
 
 
La tuberculosis dejó de ser una enfermedad del pasado. Hoy se la considera reemergente en distintos países, y también en la provincia de Santa Fe, donde según los últimos registros
-que datan del 2004- hay 600 casos de personas afectadas. En el mundo conviven ocho millones de nuevos portadores y cada año se producen dos millones de muertes por esta enfermedad. Científicos del Instituto de Biología Molecular y Celular de Rosario (IBR) y Conicet realizaron un aporte a la ciencia mundial dando un paso más en la investigación por el desarrollo de nuevas drogas que frenen el crecimiento de estas bacterias.

El doctor en bioquímica y director del proyecto de investigación, Hugo Gramajo, aclaró a La Capital que el avance logrado "no significa que habrá ya un medicamento nuevo en el mercado, pero sí supone un avance para que más adelante los laboratorios puedan desarrollarlo". Actualmente la enfermedad se trata con una serie de drogas que deben suministrarse durante seis meses seguidos. Además, este tipo de microorganismo, como el que produce la tuberculosis, muestra gran facilidad para volverse resistente a los medicamentos. De allí la importancia que tienen las investigaciones que buscan desarrollar nuevas drogas para frenar la infección. Pero ya se ve que no resulta fácil. De hecho, hace más de 30 años que no se lanza al mercado un nuevo medicamento para tratar la enfermedad.

Bajo el microscopio

Los investigadores están estudiando desde hace cerca de dos años qué compuesto de drogas podría frenar el crecimiento de la bacteria Microbacteryum tuberculosis. Esta posee una cubierta formada por lípidos complejos que hacen que esta bacteria genere resistencias a drogas. Las enzimas involucradas en la síntesis de los lípidos son esenciales para el crecimiento de la bacteria. "Estudiamos cómo atacar la síntesis de lípidos con el fin de lograr inhibir el crecimiento de la bacteria", explicó Gabriela Gago, codirectora del trabajo. "Logramos aislar las proteínas de las enzimas, conocer su estructura y probar compuestos químicos que inhibieran la función de esa encima", agregó Gramajo. Pero esto recién empieza, porque ahora los científicos deberán corroborar si efectivamente se detiene ese crecimiento. "Pero este es otro paso", adelantaron.

El grupo del IBR logró inhibir una molécula. Este descubrimiento es un paso importante en la investigación en la materia y abre un camino por donde continuar investigando qué otras modificaciones puede generar una droga más específica. Estos hallazgos podrían ser utilizados para desarrollar nuevos antibióticos más específicos para este tipo de bacterias. Pero esto ya será incumbencia de los laboratorios.

Los científicos trabajaron en forma conjunta con el equipo de investigadores dirigido por Héctor Morbidoni, de la Facultad de Ciencias Médicas de la Universidad Nacional de Rosario, y con la colaboración de un grupo de científicos de la Universidad de Irving, California, Estados Unidos.

El logro de los científicos locales fue publicado recientemente en la prestigiosa revista Proceedings of the Nacional Academy of Sciences de los Estados Unidos (www.pnas.org).

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· Entrevista con el Dr. Hugo Gramajo

¿Desde cuando trabajan con  Mycobacterium tuberculosis ?
Nuestro grupo de investigación comenzó con los estudios sobre M. tuberculosis en el año 2004. El grupo estuvo formado en su inicio por Gabriela Gago, Daniel Kurth, Lautaro Diacovich. y yo como director.

¿Y qué características básicas tiene esta mycobacteria?
Estas bacterias tienen muchas particularidades tanto desde el punto de vista estructural como desde el punto de vista de su mecanismo de infectividad. Desde el punto de vista estructural poseen una pared celular cuya composición le confiere algunas propiedades exclusivas como la alta resistencia a drogas, además mucho de sus componentes también  están relacionados con la virulencia o patogenicidad de este agente patógeno. Otra característica interesante es que una vez que  M. tuberculosis ingresa al organismo  puede permanecer en un estado de ¨dormancia¨ por décadas sin afectar al hospedador; sin embargo, situaciones que comprometen al sistema inmunonológico del hospedador –  -como por ejemplo, enfermos de HIV, transplantes, tratamientos prolongados con inmunosupresores, etc-  permiten que estas bacterias ¨despierten¨ y se produzca entonces una infección activa. De hecho 1/3 de la población mundial se encuentra infectada con esta bacteria sin mostrar ningún síntoma de la enfermedad.

¿Por qué se han focalizado en el estudio de la enzima Acetil-CoA carboxilasa (ACC) de M. tuberculosis responsable de sintetizar componentes de la pared bacteriana? ¿Cuál es su función biológica?.
Nuestro grupo de investigación comenzó con el estudio de las ACC de Streptomyces que también es un actinomycete al igual que Mycobacterium. Nuestros estudios en Streptomyces se iniciaron por la importancia que tienen estos complejos enzimáticos en la generación de los intermediarios metabólicos tanto para la síntesis de los ácidos grasos de membrana (malonil-CoA) como de los metabolitos secundarios (malonil- y metilmalonil-CoA) producidos por este género de bacterias. Estos metabolitos secundarios poseen propiedades biológicas interesantes como ser antibacterianos, anticancerígenos, antifúngicos, antiparasitarios, etc. Esto nos llevó a interesarnos en las ACC de M. tuberculosis, las cuales generarían los intermediarios metabólicos para la síntesis de los ácidos grasos de membrana y también de aquellos ácidos grasos complejos presentes en la pared celular de algunas Mycobacterias, como ser los ácidos micólicos y los PDIM, cuya importancia en la patogenicidad y en la resistencia a drogas de estos microorganismos ha sido comprobada.

Uds. estudiaron una “parte” de esta enzima, la subunidad AccD5 ¿Por qué esta y no otra?
Las ACC son un complejo enzimático formado por dos subunidades catalíticas (denominadas a y b) y una subunidad pequeña, e, cuyo rol pareciera ser estructural. Nosotros trabajamos con la subunidad b (en este caso AccD5) de esta enzima por que es la que le confiere la especificidad por el sustrato a la enzima, en este caso el propionil-CoA, y por que ya habíamos cristalizado una subunidad muy parecida perteneciente a una enzima homóloga presente en Streptomyces coelicolor. El tener esta estructura nos ayudó mucho a resolver rápidamente la AccD5 de M. tuberculosis y así iniciar la búsqueda de inhibidores de esta proteína. 

Brevemente, ¿Cómo estudiaron esta subunidad?
Para estudiar esta subunidad lo primero que hicimos fue clonar el gen que la codifica a partir de ADN genómico de Mycobacterium tuberculosis y posteriormente expresamos la proteína recombinante en  Escherichia coli, otra bacteria de uso frecuente para este tipo de estudios. Esta subunidad fue estudiada desde el punto de vista bioquímico y desde un punto de vista estructural. Lo primero ayuda a entender qué sustratos utiliza la enzima y poder inferir así cual podría ser su rol fisiológico. La estructura de la proteína fue realizada en colaboración con la Dra. Sheryl Tsai de la Universidad de Irvine, California, y se realizó mediante cristalografia de Rayos X., esto fue lo que posteriormente permitió la búsqueda in silico de posibles inhibidores.

¿De qué se trata la búsqueda in silico que hicieron? ¿Cómo se realiza?
La búsqueda se realiza utilizando programas de computación específicos, en este caso utilizamos los programas ICM y Dock, que permiten medir la energía de la unión del ligando (posible inhibidor) con el sitio activo de la proteína. Las estructuras de las moléculas ligando se tomaron de la base de datos ChemDB de la Universidad de Irvine y del Nacional Cancer Institute (NCI). Los programas dan un valor de la energía de unión de las distintas moléculas considerando la estructura del sitio activo de la proteína y la estructura del ligando. Los mejores compuestos fueron obtenidos y probados in vitro en ensayos enzimáticos específicos para ver si inhibían o no la reacción catalizada por estas enzimas.

¿ A qué llegaron con esta búsqueda? ¿Esperaban estos resultados?
Se obtuvieron dos compuestos los cuales inhibían la enzima in vitro, sugiriendo que  la estrategia seguida fue exitosa. En estos momentos estamos probando la capacidad de dichos compuestos de inhibir el crecimiento de M. tuberculosis.

¿Qué pesó más en este hallazgo, la creatividad o el conocimiento?
Creo que el conocimiento previo generado mediante el estudio de estas enzimas en otro sistema. La creatividad es siempre importante pero en este tipo de estudios la tecnología y el conocimiento fueron primordiales. Tal vez la creatividad deba ser utilizada ahora para poder desarrollar metodologías que nos permitan probar la capacidad inhibitoria de miles de compuestos. Sin embargo, esto deberá ser desarrollado en conjunto con empresas farmacéuticas o laboratorios que posean bibliotecas de compuestos químicos que puedan ser ensayados en su capacidad de inhibir estas enzimas.

¿Cómo ve la futura aplicación de este hallazgo?
Este hallazgo es sólo la punta del ovillo, lo que estamos proponiendo es utilizar estas enzimas como un nuevo blanco para el desarrollo de compuestos anti-micobacterianos y demostrando que estudios in silico pueden ayudar a seleccionar  compuestos lideres a partir de los cuales se podrían sintetizar análogos estructurales con mejores propiedades farmacocinéticas.

¿Esto mismo se podría aplicar para combatir otras micobacterias como Mycobacterium leprae?
Seguramente ya que estas enzimas están altamente conservadas.

¿Cuál es el próximo paso en sus investigaciones?
M. tuberculosis posee seis ACCs cuyos roles fisiológicos todavía no han sido estudiados. Nuestro interés es continuar con el estudio de al menos tres de estas carboxilasas no sólo desde el punto de vista bioquímico y estructural sino también entender mejor el rol fisiológico de las mismas en estas bacterias. Además, seguiremos  con los estudios estructurales y tratando de buscar mejores inhibidores que puedan ser utilizados como posibles drogas anti-micobacterianas.