El pasado 28 de febrero tuvo lugar la defensa de la tesis doctoral de Emma Roig, dirigida por Jesús Sanz Morales y Beatriz Maestro García-Donas, muy poco antes del confinamiento provocado por la pandemia.

A continuación adjuntamos un resumen del trabajo de tesis facilitado por Emma Roig, a quien le volvemos a felicitar desde aquí.

Streptococcus pneumoniae (neumococo) es una de las bacterias más relevantes a nivel mundial, puesto que causa varias enfermedades como neumonías, meningitis y otitis media. La vacunación contra neumococo y el tratamiento con antibióticos constituyen dos estrategias de lucha contra este patógeno que resultan incompletas debido a la enorme variedad serotípica de este microorganismo y a los crecientes niveles de resistencia a los antibióticos. Estos problemas motivan la búsqueda de dianas terapéuticas alternativas frente a las que se desarrollen nuevos antimicrobianos que soslayen las complicaciones derivadas de la resistencia a antimicrobianos. En este sentido, las proteínas de unión a colina (CBPs) de S. pneumoniae constituyen un atractivo blanco, aún insuficientemente explorado, sobre el que nuevos antimicrobianos podrían actuar. Estas proteínas intervienen en su práctica totalidad en procesos esenciales para la viabilidad y virulencia bacterianas, son comunes a todos los serotipos y comparten como característica principal el reconocimiento específico de los residuos de colina de la pared celuar.

El propósito principal de esta Tesis Doctoral es el desarrollo de nuevos agentes antimicrobianos frente a S. pneumoniae, focalizando la investigación en la familia de las CBPs, por un lado, como un blanco de antimicrobianos apenas considerado hasta ahora pero muy atractivo debido a que participan en funciones esenciales para la viabilidad, colonización del huésped y virulencia, mientras que por otra parte pueden constituir por sí mismas fuentes de nuevos compuestos antineumocócicos.

En concreto la Tesis se puede dividir en tres líneas en base a cada uno de los compuestos estudiado:

  • Ésteres de aminas bicíclicas (EBAs)

Los EBAs son análogos de colina que se diseñaron inicialmente como inhibidores de las CBPs, sin embargo, estudios anteriores demostraron actuar como inhibidores del crecimiento de S. pneumoniae presentando una actividad lítica inesperada. En este trabajo se demuestra que los EBAs actúan como desestabilizadores de la membrana celular. Se ha analizado la actividad inhibidora y desintegradora de los EBAs en biopelículas de S. pneumoniae, así como en biopelículas mixtas de S. pneumoniae y Haemophilus influenzae. Además, los EBAs resultaron ser efectivos frente a la proliferación de promastigotes de Leishmania donovani. Estos resultados respaldan el papel de los EBAs como una alternativa prometedora para el desarrollo de nuevos fármacos antimicrobianos de amplio espectro, debido posiblemente a su capacidad desestabilizadora de la membrana celular, siendo efectivos frente a bacterias Gram-positivas y Gram-negativas, así como frente a patógenos eucariotas.

  • Módulos de unión a colina (CBMs)

Se ha estudiado la capacidad de tres CBMs naturales (C-ClytA, C-Cpl1, C-CbpD) y un derivado (LZ-C-LytA) para competir con los CBPs del huésped por el acceso a la colina en la superficie bacteriana, con el objetivo de interferir con la actividad de este último. La adición exógena de CBM a cultivos neumocócicos causó el encadenamiento celular, la agregación y la sedimentación bacteriana. Este resultado nos llevó a evaluar la capacidad de los CBMs para promover la fagocitosis bacteriana por los macrófagos peritoneales, lo que sugiere que estos compuestos podrían constituir la base para candidatos antimicrobianos prometedores basados ​​en la inducción natural del sistema de defensa del huésped.

  • Péptidos derivados de la autolisina de LytA

Con el propósito de encontrar el mínimo requerimiento estructural necesario para obtener un efecto similar al obtenido en las CBMs se llevó a cabo el estudio de versiones simplificadas a partir de la secuencia de un CBR aislado de la autolisina LytA, (péptido P4A) y construcciones derivadas de éste por duplicación y triplicación de la misma secuencia en tándem (P4B y P4C). Se evalúo la interacción de los péptidos por colina libre, así como se estudió el cambio conformacional de horquilla β a hélice α inducido por micelas de detergente. Se comprobó que los péptidos P4B y P4C ejercen un efecto bactericida sobre cultivos in vitro de neumococo debido a la salida prematura de la amidasa LytA causada por la perturbación de la membrana celular. Con el propósito de incrementar su eficacia por efectos de multivalencia se procedió al diseño de dendrímeros conteniendo varias copias del péptido P4A (g2-P4A y g3-P4A). Los compuestos g2-P4A y g3-P4A provocaron la destrucción bacteriana a bajas concentraciones (orden nanomolar) mediante un mecanismo independiente de las enzimas líticas del patógeno y de la presencia de colina en la superficie.Finalmente se evalúo la eficacia del dendrímero g3-P4A en modelos animales de pez cebra demostrando ejerce un efecto protector frente a enfermedad neumocócica.

Los resultados de esta Tesis Doctoral muestran que los tres grupos de compuestos estudiados (EBAs, CBMs, y CBRs) presentan un potencial antimicrobiano de amplio espectro molecular, con distintos mecanismos de acción (líticos y no líticos) y diseñados en un principio para combatir la enfermedad neumocócica, pero que, en algunos casos, demuestran la capacidad de tratar patologías provocadas también por otros microorganismos como H. influenzae y Leishmania. Además, hemos demostrado la aplicación del concepto químico de multivalencia para la construcción de oligómeros y nanopartículas capaces de ejercer un efecto bactericida a unas dosis muy reducidas, señalando el camino para mejorar la actividad biológica de los fármacos actuales y de otros nuevos que se puedan desarrollar.

Emma Roig (centro) con Beatriz Maestro (izquierda), Jesús Sanz (derecha) y los miembros del tribunal.
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