miércoles, 18 de julio de 2012

Si Fleming levantara la cabeza: conocer cientos de compuesto químicos producidos por una sola colonia bacteriana


En 1928 Alexander Fleming observó que un hongo (Penicillium) que creció accidentalmente sobre unas placas de cultivo con la bacteria Staphylococcus, creaba un círculo libre de bacterias alrededor suya. Descubrió así una sustancia producida por el hongo capaz de inhibir el crecimiento bacteriano, a la que denominó penicilina, el primer antibiótico.

Los microbios son capaces de producir y secretar compuestos químicos naturales con múltiples efectos sobre otros seres vivos. Gran parte de la industria farmacéutica se ha basado sobre el desarrollo de estas pequeñas moléculas naturales producidas por bacterias y hongos. Descubrir nuevas moléculas con actividad interesante es un trabajo inmenso que requiere mucho tiempo de dedicación e inversión. Desde el punto de vista económico a veces no es rentable y esto hace que algunas empresas farmacéuticas hayan dejado de investigar y producir nuevos antibióticos, por ejemplo.


Las bacterias y muchos hongos crecen sobre la superficie de agar
de los medios de cultivo formando agrupaciones de microorganismos
o colonias (Fuente).

Un grupo de investigadores han desarrollado una novedosa tecnología rápida y de alta sensibilidad que  puede revolucionar la manera de buscar nuevos productos químicos de origen microbiano. Para ello, analizan directamente sobre las colonias bacterianas las moléculas secretadas mediante técnicas de espectroscopia de masas, pudiendo así identificarlas y caracterizarlas.

La técnica se basa en un sistema de espectroscopia de masas denominad nanoDESI (nanospray desorption electrospray ionization) que se combina con la construcción de redes moleculares para la identificación de los compuestos. Mediante un capilar se añade un solvente directamente sobre cualquier superficie de estudio. Otro capilar recoge las moléculas liberadas que son enviadas al espectrómetro de masas para su análisis.

Han aplicado esta técnica sobre la superficie de colonias de bacterias vivas creciendo sobre una placa de Petri, sin necesidad de manipular o preparar la muestra. De esta forma han analizado la producción de compuestos químicos a partir de colonias bacterianas de distintos tipos, como Bacillus subtilis, Streptomyces coelicolor, Mycobacterium smegmatis y Pseudomonas aeruginosa. Han encontrado una increíble diversidad de moléculas, que sobrepasa por mucho nuestra actual visión del metabolismo bacteriano secundario.

Por ejemplo, mediante el análisis de los compuestos producidos por una sola colonia de Bacillus subtilis a distintos tiempos, han sido capaces de observar la activación y supresión temporal de compuestos concretos del metabolismo de la bacteria. Aunque muchas de las moléculas detectadas ya se conocían, otras son completamente nuevas o son variantes estructurales de compuestos ya conocidos. La cantidad de compuestos químico que una bacteria es capaz de producir es muchísimo mayor de los que se creía, mucho más compleja y más sofisticada, lo que demuestra la enorme plasticidad biosintética de las bacterias.

Se han secuenciado ya muchos genomas bacterianos, pero no conocemos la función de la mayoría de sus genes. Mediante esta técnica se podrían relacionar determinados genes con funciones metabólicas concretas. Además, permitirá descubrir de manera mucho más rápida y barata nuevos compuestos químicos de origen microbiano que podrán revolucionar la industria farmacéutica, como en su día ocurrió gracias a la observación casual de Fleming.

Mass spectral molecular networking of living microbial colonies. Watrous J, et al. ProcNatlAcadSci USA. 2012. 109(26):E1743-52.

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