¡Hola, Micromunders! En la publicación de hoy, vamos a echar la vista al suelo. En MicroMundo buscamos microorganismos productores de antibióticos en el suelo al mismo que tiempo que concienciamos sobre la resistencia a antibióticos y despertamos vocaciones científicas. Puede que algunos se estén haciendo la misma pregunta: ¿por qué en el suelo? ¡Hoy vamos a responder!
El suelo como fuente de antibióticos
Aunque nosotros no seamos capaces de ver mucho en el suelo, un solo gramo de suelo (que es el material de partida que utilizamos en MicroMundo) contiene decenas de miles de especies de microorganismos y billones de células individuales. El suelo es un ambiente muy poblado y heterogéneo (es decir, muy cambiante) y por eso nos interesan los microorganismos que habitan en él. Al haber tanta diversidad microbiana y unas condiciones tan dinámicas, los microorganismos deben interaccionar entre ellos, adaptarse a los cambios que puedan ocurrir y, en ocasiones, competir por los recursos. ¿Y qué mejor forma de librarse de otros competidores que con sustancias químicas, como los antibióticos, que impidan que los enemigos tengan toda la comida y crezcan?
Entre los microorganismos productores de antibióticos que habitan en el suelo, podemos encontrar hongos, como los de los géneros Penicillium (gracias al cual Alexander Fleming descubrió la famosa penicilina), Cephalosporium y Aspergillus; y bacterias, como Pseudomonas o Bacillus. No obstante, ocupan un lugar especial los actinomicetos, una clase de bacterias con características de hongo (crecen formando filamentos o hifas que se organizan en un micelio, al igual que los hongos, pero son organismos procariotas, es decir, no tienen el ADN dentro de un núcleo) que producen hasta dos tercios de los antibióticos usados actualmente en clínica. Entre los actinomicetos, el género Streptomyces es el mayor productor de antibióticos, si bien existen otros géneros de interés, como Micromonospora o Nocardia.
Este potencial de los microorganismos del suelo se debe a que, debido a este ambiente cambiante y complejo que hemos comentado, los microorganismos poseen en su genoma lo que llamamos “clústeres de genes biosintéticos” o BGC por sus siglas en inglés. Se trata de agrupaciones de genes (es decir, fragmentos de ADN que la célula usa para fabricar proteínas) cuyas proteínas resultantes intervienen en la producción de moléculas con aplicaciones diversas, entre ellas los antibióticos. Estas moléculas están muy influenciadas por el ambiente y las interacciones entre microorganismos, por eso muchos de estos BGC no se activan en el laboratorio. Hay multitud de BGCs en los actinomicetos, incluso en los que ya llevan mucho tiempo estudiados, y activar estos genes es una línea de investigación muy interesante. ¡Aún nos queda mucho por descubrir!
La investigación de los microorganismos del suelo
Volviendo al suelo, ¿a quién se le ocurrió que los antibióticos podrían estar en la tierra que pisamos? Uno de los microbiólogos que influyó en darle importancia a los microorganismos del suelo fue Selman Waksman. Waksman comenzó su trabajo estudiando los microorganismos del suelo y su influencia en la agricultura. Los microorganismos del suelo tienen un papel fundamental en este ambiente: descomponen materia orgánica, contribuyen al reciclaje de nutrientes, algunos fijan nitrógeno atmosférico, interaccionan con las plantas, etc.
Waksman estudió, sobre todo, los actinomicetos que ya hemos mencionado antes. De hecho, desarrolló varias técnicas para estudiar a los microbios del suelo y cómo descomponían los residuos orgánicos. Waksman estaba interesado en las interacciones de los microorganismos en el suelo (como las antibiosis que buscamos en MicroMundo) y publicó varios trabajos sobre ello. Más tarde, su trabajo de investigación derivó en los antibióticos gracias al descubrimiento de la tirotricina, un compuesto antibacteriano, por su estudiante, René Dubos, en 1939.
Durante los años de la Segunda Guerra Mundial, cuando la penicilina aún no estaba en uso eficiente, Waksman desarrolló un conjunto de técnicas que se denominaron la “plataforma Waksman”. Consistían en probar si una bacteria testigo era sensible a algún compuesto producido por la bacteria de estudio. Algo similar hacemos en nuestra sesión 4 de MicroMundo: utilizamos dos bacterias testigo (Escherichia coli y Staphylococcus epidermidis), que crecemos en toda la superficie de un medio de cultivo sobre una placa Petri, y colocamos los microorganismos aislados por nuestros estudiantes para hacer un ensayo de antibiosis y ver qué microorganismos generan un halo de inhibición frente a nuestras bacterias testigo.
Como hemos comentado antes, los actinomicetos, que Waksman estudió durante mucho tiempo, son grandes productores de antibióticos, y así lo demostró él con el descubrimiento de varios antibióticos en la década de 1940: la actinomicina (de Streptomyces), la estreptomicina (originalmente aislada de Streptomyces lavendulae y producida también por Streptomyces griseus) y la neomicina (de Streptomyces fradiae). Estos se siguen usando actualmente en clínica. El descubrimiento de la estreptomicina le confirió el Premio Nobel de Fisiología y Medicina en 1952, por ser el primer antibiótico efectivo contra Mycobacterium tuberculosis, que como podréis imaginar, es la bacteria patógena causante de la tuberculosis.
Aunque en MicroMundo nos centramos en las bacterias, por su manipulación más sencilla, Waksman también estudió los hongos, muy abundantes en el suelo y, al igual que los actinomicetos, con gran capacidad para producir moléculas interesantes. De hecho, también descubrió dos antibióticos derivados de hongos: la fumigacina (de Aspergillus fumigatus) y la clavacina (de Aspergillus clavatus).
Tan importantes fueron estos avances que hasta la industria farmacéutica fue inspirada por la “plataforma Waksman” y empleó los métodos de screening del suelo para la búsqueda de nuevos antibióticos, antes de pasarse a la síntesis química. Durante los años 40 y 70, se descubrieron más de 20 clases de antibióticos procedentes de bacterias y hongos. A partir de 1980, se dejaron de descubrir nuevos antibióticos y la tendencia pasó a la síntesis o modificación química. De hecho, a día de hoy el descubrimiento de nuevos antibióticos es difícil por la inversión de dinero necesaria, el largo tiempo que supone y la poca probabilidad de, en las condiciones de laboratorio estándar, descubrir nuevas moléculas. Es difícil, sí, pero no imposible.
Ante el problema de la resistencia a antibióticos, podemos buscar nuevas moléculas y nuevos productores que nos permitan hacer frente a las bacterias resistentes. En MicroMundo seguimos los pasos del señor Waksman y estudiamos el suelo para desentrañar su enorme potencial. ¡Y aún nos queda mucho! Se ha estimado que solo el 1 % de las bacterias del suelo se pueden cultivar en el laboratorio; sin embargo, los métodos de cultivo avanzan cada vez más, por lo que aún hay muchos misterios que el suelo encierra.
Autor: Javier García Martín.
Bibliografía
Figura creada con BioRender.com
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