La recerca de nous antibiòtics en el medi marí

La recerca de nous antibiòtics en el medi marí

Som la Carlota Aguilera, Marta Batista, Laia Busquets  i Gemma Bustins, estem cursant segon de Biologia a la Universitat de Girona i realitzem aquest blog per a l’assignatura de Microbiologia. Esperem que després de llegir la nostra publicació entengueu la importància de cercar nous antibiòtics en el medi marí.

1. Què és un antibiòtic?

Els antibiòtics són substàncies químiques capaces d’inhibir el creixement d’altres microorganismes o d’eliminar-los a baixes concentracions. Provoquen alteracions a la paret cel·lular, membrana plasmàtica, síntesi de proteïnes i al metabolisme d’àcids nucleics (Brock, 1978). La majoria d’antibiòtics són produïts per bacteris i fongs.

Hi ha antibiòtics de baixa toxicitat, com la penicil·lina, i d’alta toxicitat que, a diferència dels altres, no acostumen a utilitzar-se ja que podrien provocar alteracions a la microbiota corporal. D’altra banda, els antibiòtics també es distingeixen segons el comportament d’aquests sobre el microorganisme: són bactericides quan causen la mort del bacteri i bacteriostàtics si només inhibeixen la seva replicació.

Durant la II Guerra Mundial es va produir una gran demanda d’agents quimioterapèutics per a tractar les infeccions produïdes per ferides, al llarg dels anys l’ús i abús dels antibiòtics ha generat una resistència dels microorganismes (Pedro F. Mateos).

Per aquest motiu, el nombre d’antibiòtics eficaços s’ha reduït dràsticament, i es preveu que al llarg del temps aquesta eficàcia es redueixi encara més; és per això que s’estan investigant noves fonts d’extracció per a produir nous antibiòtics pels quals els bacteris no siguin resistents i, el medi marí (fig. 1) és una d’aquestes fonts.

Fig 1. Nova font de recerca, fons marí en el que s’hi observa una gran diversitat d’éssers vius. http://blocs.xtec.cat/escagustibartra/page/7/

Els bacteris presenten molta facilitat per adquirir resistència, ja que poden intercanviar material genètic fàcilment entre individus a través dels processos de conjugació, transformació i transducció. Els principals mecanismes de resistència als antibiòtics (fig. 2) es poden agrupar de la següent manera (Enrique Iáñez, 2008):

­          -Disminució de la permeabilitat cap a un antibiòtic:

La resistència ve donada per la membrana externa en Gram negatius, alteracions de la càpsula, mecanismes d'extrusió activa de l'antibiòtic o per alteració del mecanisme de transport de l'antibiòtic.

­         - Inactivació enzimàtica de l'antibiòtic:

Aquest mecanisme depèn en molts casos dels plasmidis resistents que poden ser transmesos entre bacteris.  

­        -  Modificació química de la diana sobre la qual actua l'antibiòtic:

En la majoria dels casos han esdevingut resistents a causa de mutacions cromosòmiques o canvis conformacionals a l’ARN.

­         - Síntesi d'un enzim resistent:

Determinats plasmidis R contenen gens de resistència a sulfamides, trimetoprin i  meticil·lina.

Fig 2. Antibiograma, tècnica per a verificar la resistència o no a antibiòtics. Les zones on l’antibiòtic és eficaç són aquelles on es forma un halo d’inhibició, és a dir absència de microorganisme. D’altra banda, les zones en que el microorganisme és resistent a l’antibiòtic s’observa una absència d’halo.            http://www.apcontinuada.com/es/el-antibioigrama-interpretacion-del-antibiograma/articulo/80000504/

2. Noves propostes: antibiòtics d’origen marí.

Molts organismes marins són actualment considerats fonts molt riques en substàncies bioactives. Per aquest motiu la recerca en el camp dels antibiòtics marins està augmentant.

Els primers estudis sobre bacteris marins productors d’antibiòtics van ser realitzats per Rosenfeld Zobell (1947). A partir d’aquest moment, la recerca i aïllament de bacteris amb activitat antagònica sobre microorganismes patògens marins i terrestres, ha estat realitzada en diversos hàbitats i organismes com en l’aigua de mar, sediments, fitoplàncton, vertebrats i invertebrats.

A causa de la disminució en l'eficàcia dels antibiòtics actuals, enguany s’ha creat el projecte PharmaSea on hi participaran diversos països de tot el món, amb l’objectiu de cercar nous antibiòtics a partir dels sediments i el fang del fons marí  de tot el món (PharmaSea, 2013).

A continuació s’exposen alguns casos:

En relació als microorganismes, recents troballes mostren l’existència de soques natives que contenen un gran nombre de metabòlits interessants per la producció d’antibiòtics. Fa poc, a la costa de Mèxic s’ha trobat Pseudoalteromonas sp,. un microorganisme que produeix molècules que poden combatre Staphylococcus aureus (MRS) i Pseudomonas aeruginosa, els quals presenten resistència als antibiòtics tradicionals. A més a més, també presenta propietats anticancerígenes (Informador, 2013).

L’estudi realitzat per Jorge León et al. l’any 2010, demostra que les soques bacterianes existents en l’estrella de mar, Heliaster helianthus (fig. 3), presenten activitat inhibitòria enfront patògens humans. 

Fig 3. Espècie: Heliaster helianthus, utilitzada en l’estudi de Jorge León. http://www.flickr.com/photos/agrojocho/4639398891/

L’estudi es va realitzar amb diverses soques bacterianes, de les quals es van seleccionar les que  presentaven la capacitat d’inhibir, com a mínim, una de les tres soques control Gram positives. La taula 1 mostra els resultats d’aquest primer anàlisi.

Taula 1. Tamís antibacterià de soques marines aïllades d'invertebrats intermareals, recol·lectats a la “Bahía de Ancon” (Perú).

		Tamís indicador
Soca	Font	S. aureus	B. subtilis	M. luteus
An-10	Anèmona	++	+++	++
An-13	Anèmona	+	+++	+
E-12	Eriçó	+++	++	+
E-20	Eriçó	+++	+++	++
EM-2	Estrella de mar	+++	++	+
EM-5	Estrella de mar	+	++	+
EM-10	Estrella de mar	+++	+++	++
EM-14	Estrella de mar	+++	++	+
PS-4	Peje gripau	-	++	+
C-2	Cargol	+++	+++	-
L'activitat antimicrobiana s'expressa com el diàmetre de l'halo inhibitori (mm) al voltant d'una macrocolònia: +: 3-7mm, ++: >7-20mm, +++: >20mm, -: sense inhibició.

A continuació, es van dur a terme les proves d’antibiosis a les 10 soques seleccionades enfront potencials patògens humans. A la taula 2 es representen els resultats de l’anàlisi.

Taula 2. Bacteris marins aïllats d'invertebrats intermareals de la “Bahía de Ancón” (Perú) i la seva activitat antimicrobiana contra potencials patògens humans.

	Patògens potencials
Soca	SA	M	VC	VP	ST	AH	PA	YE	EC
An-10	+	+	+	-	-	++	-	-	+
An-13	++	++	++	+	+	-	-	-	-
E-12	++	+	-	++	-	+	+	-	++
E-20	++	++	-	+	-	-	-	-	-
EM-2	++	-	-	-	+	+	-	+	+
EM-5	+	-	-	-	-	+	-	-	-
EM-10	+++	++	++	++	+	+	++	-	+
EM-14	++	-	+	-	-	-	-	-	-
PS-4	++	-	-	+	+	++	-	+	-
C-2	++	-	-	-	+	-	-	-	-
SA: Staphylococcus aureus; M: Micrococcus sp.; VC: Vibrio cholerae; PV: Vibrio parahemolyticus; ST: Salmonella tihpy; AH:Aeromonas hydrophila; PA: Pseudomonas aeruginosa; YE: Yersinia enterocolitica; EC: Escherichia coli. Diàmetre de l’halo d'inhibició (mm): +: 3-7; ++: >7-20; +++: >20; -: sense inhibició

Un estudi molt similar, descriu l’aïllament i el potencial inhibidor de soques bacterianes natives associades als mol·luscs bivalves: la “petxina de ventall”, Agropecten purpuratus i la “ostra”, Crassostrea gigas en sistemes de cultiu. Els resultats suggereixen que els bacteris aïllats podrien ser aprofitats com agents antibiòtics en el control biològic de patògens d’organismes marins d’interès en maricultura. (F. Pellon et al., 2001).

A continuació es presenta un vídeo on podem observar com s’utilitzen les substàncies segregades per esponges i altres animals fixats al substrat. (Quèquicom, 2009).

3. Actualment.

A partir de mostres d'organismes marins, empreses de recerca com PharmaMar duen a terme l'extracció i aïllament de les molècules d'interès mitjançant tècniques cromatogràfiques i la identificació de la seva estructura química (Fig 4.). Les molècules amb activitat antitumoral i innovadora són dissenyades i sintetitzades al laboratori mitjançant un procés químic. La síntesi química evita recórrer a la font natural ja que permet l'obtenció dels compostos en quantitats suficients per al seu desenvolupament i futura comercialització. (PharmaMar, 2013).  

Fig 4. Procediment utilitzat per PharmaMar en l’extracció de molècules amb activitat antitumoral. 1- Expedicions i presa de mostres del fons marí, 2- Identificació de les mostres, 3- Diferenciació entre microorganismes i macroorganismes, 4 i 5- Avaluació de l’activitat tumoral, 6- Purificació i aïllament de les substàncies antitumorals, 7- Síntesi química dels compostos, 8- Obtenció de compostos anàlegs, 9 i 10- Avaluació en animals, 11- Patentar, 12- Procés de producció industrial, 13- Producció dels principis actius, 14- Provar el fàrmac en pacients i si els resultats són satisfactoris comercialitzar el producte. (PharmaMar, 2013).

A continuació a la figura 5 es mostren cinc compostos que es troben en via de desenvolupament clínic. 

Fig 5. Representació de cinc fàrmacs d’origen marí que es troben actualment en vies de desenvolupament. Yondelis^® és el fàrmac més avançat ja que es troba al mercat per algunes de les seves propietats, tot i això encara s’estan estudiant algunes de les seves propietats. (PharmaMar, 2013).

Avui en dia, un dels compostos comercialitzats és Yondelis^® (trabectedina) és un agent antitumoral d’origen marí descobert en el tunicat colonial Ecteinascidia turbinata (fig. 6). Actualment es produeix per síntesi química.        
 
A més a més s’estan duen a terme assajos de fase II amb Yondelis^® per a càncer de mama i tumors pediàtrics, i de fase III per a sarcoma de teixits tous.

Fig 6. Espècie: Ecteinascidia turbinata, utilitzada per a produir el fàrmac Yondelis^®.

5. Conclusions. 

Hi ha nombrosos organismes marins que tenen substàncies capaces de combatre diverses malalties perjudicials per a l’home i altres éssers vius. Per tant , la ciència encara té molt de camp per recórrer en aquest àmbit.

Tot i que els resultats són esperançadors, és gairebé impossible trobar un fàrmac extret del mar que sigui eficaç per a diverses malalties, a més a més la recerca de nous antibiòtics i fàrmacs és un procés complicat degut a la gran diversitat de molècules que formen els organismes marins.

Per això és important conscienciar-se de que no s’ha d’abusar dels antibiòtics, ja que les fonts d’on s’extreuen són limitades i a la llarga és probable que s’esgotin els recursos per a combatre alguns microorganismes patògens.

6.Bibliografia

Llibres:

• Austin, B. Marine Microbiology. 1a ed. New York: Cambridge, 1988.
• D. Brock, T. Biología de los microorganismos. 2a ed. Barcelona: Omega, 1978.
• Dopazo CP et al. Inhibitory activity of actibiotic producing marine bacteria against fish pathogens. 1a ed. J Appl Bacteriol, 1988.
• Pumarola, A, et al. Microbiologia y parasitologia medica. 1a ed. Barcelona: Salvat, 1984.
• Westerdahl A, Olsson J, Kjelleberg S, Conway P. Isolation and characterization of turbot (Scophtalmus maximus) associated bacteria with inhibitory effects against Vibrio anguillarum. Appl Environ Microbiol. 1991; 57(8): 2223-28.

Pàgines web:

• Iáñez, Enrique. “Resistencia bacteriana a los antibiótics”. UNNE: hipertexots del área de biología. 2008.  Consultat el 12 de març de 2013. http://www.biologia.edu.ar/microgeneral/micro-ianez/21_micro.htm
• Iáñez, Enrique. “Producción de penicilina”. UNNE: hipertexots del área de biología. 2008.  Consultat el 12 de març de 2013. http://www.biologia.edu.ar/microind/producci%C3%B3n_de_penicilina.htm
• Informador. 5 de febrer de 2012. Consultat el 7 d’abril de 2013. http://www.informador.com.mx/tecnologia/2012/355465/6/habitat-marino-como-recurso-para-obtener-antibiotico.htm
• Los nuevos antibióticos provienen de los abismos marinos. ElComercio, 23 de febrer de 2013. Consultat el 12 de març de 2013. http://www.elcomercio.com/salud/salud-marino-PharmaSea-ciencia_0_871113003.html
• Pedro F. Mateo. Tema 15: Producción de antibióticos. Consultat el 12 de març del 2013.      http://darwin.usal.es/profesores/pfmg/sefin/MI/tema15MI.html
• PharmaMar. Grupo Zeltia. 2013. Consultat el 7 d'abril de 2013. http://www.pharmamar.com/
• Quèquicom. Equip Editorial. 20 de maig de 2009. TV3. Consultat l’11 febrer de 2013. blogs.tv3.cat/quequicom.php?itemid=29737        

Articles de revistes electròniques:

• Jorge León et al. “Bacterias marinas productoras de compuestos antibacterianos aisladas a partir de invertebrados intermareales”. Revista Peruana de Medicina Experimental y Salud Publica. Any 2010. Consultat el 8 de març de 2013.      http://www.scielo.org.pe/pdf/rins/v27n2/a09v27n2.pdf
• F. Pellon et al. “Bacterias marinas con capacidad antimicrobiana aisladas de moluscos bivalvos en cultivos”. Facultad de Ciencias Biológicas, Universidad Nacional Mayor de San Marcos. Any 2001. Consultat el 13 de març de 2013. http://sisbib.unmsm.edu.pe/bvrevistas/biologia/v08_n2/bacte_marinas.htm