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Por Xabier Villanueva M.1, Angélica Casanova-Katny2 y Gerardo González-Rocha1
1Laboratorio de Investigación en Agentes Antibacterianos, Facultad de Ciencias Biológicas, Universidad de Concepción.
2Núcleo de Estudios Ambientales, Universidad Católica de Temuco.
Las bacterias son los microorganismos más antiguos y exitosos que existen sobre la Tierra, calculándose su aparición hace casi 3.600 millones de años y habiéndose adaptado a prácticamente todos los ambientes existentes.
Son, además, imprescindibles para sustentar la vida de nuestro planeta y de gran importancia para el ser humano. Sin embargo, existe un pequeño porcentaje de bacterias patógenas que causan daño, cuya forma de vida implica agredir un hospedero humano, animal o vegetal. Estos microorganismos han producido enfermedades en los humanos y han sido un motor de cambio constante en la historia de la humanidad, generando epidemias que han devastado una gran población y han moldeado la evolución cultural dela civilización.
Con el descubrimiento en 1929 de la penicilina, obtenida de Penicillium notatum (un hongo) por Alexander Fleming, se podía eliminar la presencia de la bacteria patógena Staphylococcus aureus, lo que provocó una auténtica revolución en el tratamiento de enfermedades infecciosas humanas, abriendo una era que se denominó la “edad de oro de los antibióticos”.
No obstante, como predijera el propio Fleming, el uso abusivo de estos compuestos ha generado una presión de selección evolutiva seleccionando algunas bacterias que pueden resistir el efecto de los antibióticos.
Esto último, asociado a la disminución en el descubrimiento o diseño de nuevos antibióticos, ha provocado una tormenta perfecta en la que existen enfermedades infecciosas con pocos o ningún tratamiento disponible. A lo anterior se suma el hecho de que la mayoría de los antibióticos son efectivos contra bacterias de vida libre (también llamadas “planctónicas”), siendo que la mayoría de las infecciones son causadas por bacterias que crecen en forma de biopelículas.
Las biopelículas son comunidades de bacterias rodeadas de una capa protectora de sustancias poliméricas extracelulares (EPS, extracellular polymeric surfaces) como azúcares, proteínas o ADN, que crecen adheridas a superficies o en interfaces sólido-líquido. Por el hecho de presentar EPS y por tener una actividad metabólica menor a las bacterias de vida libre, las biopelículas son especialmente resistentes a los antibióticos convencionales, por lo que urge encontrar compuestos activos sobre ellas o con capacidad para evitar la formación de estas biopelículas.
Debido a lo anterior, científicos alrededor del mundo han redoblado esfuerzos en explorar regiones vírgenes del planeta en busca de nuevas entidades moleculares que puedan ser eficientes en el tratamiento de infecciones causadas por bacterias multirresistentes a antibióticos. Uno de estos ambientes es la Antártica, que por sus especiales condiciones extremas ha forzado a los organismos que la habitan a generar mecanismos de adaptación, como la producción de compuestos bioactivos.
Líquenes antárticos: potencial solución contra las biopelículas bacterianas
En la Antártica, los líquenes son los organismos dominantes de la flora terrestre, capaces de colonizar variados ambientes y de vivir en condiciones límite cerca de los 86° latitud sur, es decir, prácticamente en el mismo polo.
Los líquenes producen una gran cantidad de compuestos (denominados en su conjunto “metabolitos secundarios”) que les permiten sobrevivir en dichos hábitats. Los líquenes producen, al menos, unos 700 metabolitos secundarios, mucho más que las plantas vasculares, de las cuales se conocen unos 200. Estos compuestos liquénicos se caracterizan por su baja polaridad y se producen por 3 vías principales: la vía del acetil-polimalonil, la vía del ácido mevalónico y la vía del ácido shikímico.
Estos metabolitos poseen una gran cantidad de propiedades útiles en ambientes polares y de alta montaña, entre las que se encuentran protección contra radiación UV, actividad antioxidante, actividad antimicrobiana y anticancerígena, entre muchas otras descritas.
En el Laboratorio de Investigación en Agentes Antibacterianos (LIAA), de la Universidad de Concepción, se ha estudiado la actividad antibacteriana y antagonista de biopelículas bacterianas de metabolitos secundarios de líquenes, enmarcada en los proyectos “Efecto antibacteriano de compuestos derivados de líquenes antárticos sobre Acinetobacter baumannii” (INACH MG-06-14) y “Actividad antibacteriana de líquenes antárticos contra bacterias patógenas multirresistentes” (FONDEF-IDeA CA 12i10224), en los que se trabajó con especímenes liquénicos extraídos de la península Fildes, isla Rey Jorge, de las especies Ramalina terebrata, Himantormia lugubris, Stereocaulon alpinum y Umbilicaria antarctica (fig. 3), de los cuales se obtuvo un extracto primario, a los que se les probó su actividad antibacteriana contra aislados de origen hospitalario de A. baumannii, un importante patógeno hospitalario en todo el mundo.
Los ensayos de actividad antibacteriana con extractos de líquenes antárticos muestra que uno de los más activos fue H. lugubris (tabla 1). La actividad antibacteriana de este liquen se probó contra dos cepas bacterianas que son susceptibles a antibióticos (Kocuria rizophila ATCC 9341 y A. baumannii ATCC 19606) y contra varias cepas clínicas de A. baumannii multirresistentes a los antibióticos, como se muestra en la tabla.
Tabla 1. Actividad antibacteriana de extractos totales de líquenes antárticos.
| Halo de inhibición (mm) producido por extractos de: | |||||
| Aislado bacteriano | H. lugubris* | R. terebrata** | S. alpinum** | U. antarctica** | Imipenema |
| K. rhizophila ATCC 9341 | 9 | 30 ± 0 | – | – | 54 |
| A. baumannii ATCC 19606 | 12 | 10,7 ± 0,47 | 6 | 6 | 38 |
| A. baumannii A527 | 10,3 ± 1,15 | 9 | 6 | 6 | 10 |
| A. baumannii A368 | 11,3 ± 1,53 | 9,3 ± 0,47 | 6 | 6 | 11 |
| A. baumannii A523 | 12,3 ± 0,58 | 7,3 ± 0,47 | 6 | 6 | 15 |
| A. baumannii A512 | 12 | 6,7 ± 0,47 | 6 | 6 | 14 |
*3 mg/disco, **4,5 mg/disco, a = control antibiótico. Nota: 6 mm = Sin halo de inhibición (el diámetro del disco es 6 mm).
Al realizar la identificación de los compuestos que formaban el extracto primario de H. lugubris, se logró determinar que uno de los más abundantes era atranol (fig. 4), compuesto descrito previamente para el liquen Evernia prunastri y que es ampliamente utilizado en la industria del perfume. Cabe señalar que el liquen endémico antártico H. lugubris representa una nueva fuente para este compuesto y que no había sido detectado previamente.
El atranol purificado demostró no solo poseer propiedades antibacterianas con una concentración mínima inhibitoria (CMI, la mínima concentración para detener el crecimiento de la bacteria) que fluctúa entre 150-250 µg/mL contra A. baumannii, sino que también logró atenuar la formación de biopelícula por parte de esta especie bacteriana, proyectándose con potencial utilidad como forma de prevenir o eliminar biopelículas en dispositivos médicos. Si bien las concentraciones de atranol requeridas para eliminar A. baumannii son elevadas en comparación a los antibióticos normalmente en uso (los cuales exhiben actividad antibiótica a concentraciones menores a 10 µg/mL), existe el potencial de modificar el compuesto para mejorar su potencia.
El futuro de los productos naturales antárticos
Los hallazgos presentados están en una fase inicial. Es necesario superar aún algunas barreras y sumar años de investigación para que sean productos comercialmente viables. Por ejemplo, aún se deben realizar ensayos de toxicidad en animales y estudiar maneras sustentables de sintetizar estas sustancias, lo cual es relevante para el ecosistema antártico.
Los líquenes en la Antártica tienen un crecimiento extremadamente lento y su cultivo in vitro ha resultado difícil y para algunas especies imposible. En este sentido, es importante que la investigación en productos naturales obtenidos de organismos antárticos sea una herramienta para favorecer y mejorar su preservación y no una excusa para depredar uno de los últimos lugares más prístinos en la Tierra.
