Y combatir sus propiedades de hiper resistencia

Estudiantes compiten en torneo internacional de biología sintética con modelo para evaluar riesgos de bacterias antárticas

El pasado mes de marzo, la revista científica Science of The Total Environment dio a conocer un estudio sobre el hallazgo de numerosas bacterias en la Antártica con capacidades de hiper resistencia frente a distintos antibióticos y otras sustancias antimicrobianas. El artículo presentaba parte de los resultados de una extensa investigación que durante los años 2017 y 2019 recogió muestras de suelo desde distintos puntos de la Península Antártica. El trabajo, encabezado por el académico de la Facultad de Ciencias de la Universidad de Chile, Andrés Marcoleta, advirtió -además- sobre el riesgo que este fenómeno suponía para la salud pública, especialmente en el contexto del cambio climático y del creciente movimiento desde y hacia el Continente Blanco. Planteaba también la posibilidad de que las propiedades de hiper resistencia encontradas en bacterias antárticas pudiesen ser traspasadas a patógenos.

El descubrimiento, tan asombroso como preocupante, despertó una serie de nuevas interrogantes, algunas de las cuales fueron abordadas por un grupo de estudiantes de la Universidad de Chile. Este es el origen de Tan Tari Bricks, equipo que desde junio trabaja en una propuesta que integra un modelo experimental y la bioinformática para conocer y evaluar las propiedades de resistencia de estas bacterias y generar posibles inhibidores de estos mecanismos. La iniciativa fue presentada a iGEM Design League 2022, sección latinoamericana de la competencia estudiantil de biología sintética más grande del mundo, torneo donde este grupo -además- es el único representante chileno.

El proyecto se circunscribe a la búsqueda de respuestas y soluciones frente al desafío de la resistencia antimicrobiana. El fenómeno es considerado una amenaza para la salud global que podría significar cerca de 10 millones de muertes anuales hacia el año 2050, razón por la cual autoridades de salud han enfatizado en la necesidad de un enfoque interdisciplinario para establecer políticas y acciones orientadas a investigar sus causales, vigilar su ocurrencia, y mitigar sus impactos en diferentes ecosistemas. En esta línea, Tan Tari Bricks no solo propone un modelo científico para conocer y contrarrestar las propiedades de resistencia de estas bacterias antárticas, también plantea acciones para educar a la población e incidir en políticas públicas que permitan enfrentar escenarios de riesgo para la salud pública.

Ciencia, educación y políticas públicas

En base a algunos genes de resistencia encontrados en la Antártica, el equipo propone un “diseño basado en biología sintética y biología computacional, que permite tomar estos genes, ponerlos dentro de una bacteria patógena modelo, y estudiar si realmente estos genes le confieren resistencia a la bacteria. Además, se buscará predecir contra qué antibióticos en particular los nuevos genes de resistencia actúan y se hará una búsqueda de posibles moléculas inhibidoras de estos mecanismos de resistencia entre miles de compuestos naturales conocidos. Esta prueba de concepto, en base al conocimiento de estos genes de resistencia antárticos, permitiría avanzar en hacer frente a posibles bacterias patógenas que surjan a futuro”, explica Andrés Marcoleta, quien integra el proyecto junto a los profesores Julieta Orlando y Francisco Chávez como instructores.

En su línea científica, la propuesta de estudio está concentrada en las llamadas beta-lactamasas, variedad de enzimas capaces de inactivar y degradar antibióticos beta-lactámicos, como las penicilinas, que actualmente son los más usados para tratar infecciones a nivel global. “Para evaluar el riesgo potencial de las mismas, proponemos el uso de biología computacional para predecir a qué antibióticos otorgarían resistencia estas nuevas beta-lactamasas (espectro de acción), además de si serían o no sensibles a los inhibidores actualmente disponibles para neutralizar estos mecanismos de resistencia. Asimismo, el proyecto contempla una estrategia experimental para poner a prueba las propiedades de resistencia de las nuevas betalactamasas en una bacteria patógena modelo”, detalla el equipo.

Por otra parte, el diseño proyecta desarrollar nuevos inhibidores dirigidos especialmente contra estas beta-lactamasas antárticas. “Además, proponemos un método para el testeo a gran escala de variantes de estos inhibidores diseñadas de manera racional, de modo de obtener inhibidores optimizados. Esto permitirá descubrir nuevos genes antárticos de resistencia a los antibióticos y el desarrollo de nuevos inhibidores para estos nuevos mecanismos antes de su posible aparición en bacterias patógenas”, plantean los integrantes de esta iniciativa.

En el desarrollo de este proyecto, el equipo también ha podido identificar las políticas e iniciativas locales que se han implementado para enfrentar la resistencia a los antibióticos y contribuir a ellas. “De este modo, hemos ido tomado contacto o reuniéndonos con los actores incumbentes o stakeholders, como el Instituto de Salud Pública, Ministerio de Salud, y el Congreso Nacional, entre otros, con el fin de transmitirles, por un lado, la necesidad de avanzar en leyes que regulen y restrinjan el uso de antibióticos, y, por otro, nuestras apreciaciones y preocupaciones respecto de los proyectos de leyes en tramitación. Así también, con el objetivo de promover el continuo fortalecimiento del importante Plan Nacional de Vigilancia de la Resistencia y la afiliación de Chile al sistema de vigilancia internacional GLASS”, señala Jorge Vielma Salazar, ingeniero en biotecnología molecular y actual estudiante del Magíster en Ciencias Biológicas de la U. de Chile.

Aprender investigando

Durante fines de octubre e inicios de noviembre el equipo debe presentar distintos avances de su trabajo ante el jurado de la competencia. La ceremonia de premiación se realizará el día 26 de noviembre, instancia donde se conocerá a los ganadores de iGEM Design League 2022, quienes recibirán financiamiento para poner en práctica distintas etapas del diseño propuesto. El primer lugar, además, ganará la posibilidad de participar en el Grand Jamboree de iGEM, encuentro global que reunirá en Boston a los ganadores de cada región de esta competencia, instancia donde se desarrollan mentorías y encuentros con empresas y emprendedores en biotecnología de todo el mundo.

Sobre esta competencia regional enfocada en el desarrollo de soluciones a problemas locales y globales a través de la biología sintética, el profesor Francisco Chávez señala que “es primera ocasión que Chile participa en esta nueva iniciativa, aunque varios equipos chilenos han participado en los Grand Jamboree, la competencia de Biología Sintética más importante a nivel mundial y que la Fundación iGEM organiza todos los años con equipos de todos los continentes”. De hecho, comenta que dos equipos de la Facultad de Ciencias de la U. de Chile participaron en las ediciones 2017 y 2018 de esta competencia celebrada en Boston, obteniendo medalla de Bronce en la última edición por su prototipo de biosensor de toxinas marinas diseñado mediante biología sintética. En este sentido, comenta que “la participación de equipos chilenos en estas instancias ha sido fundamental para el fomento de la innovación y particularmente en el uso de la biología sintética en nuevos emprendimientos y soluciones biotecnológicas”.

Quien lidera este equipo es Amelia Cox, estudiante de Ingeniería en Biotecnología Molecular de la Universidad de Chile, quien coordinó al equipo para el cumplimiento de cada tarea. Respecto a esta experiencia, destaca que ha sido desafiante y “sumamente enriquecedora en lo profesional y personal, puesto que ha significado aprender de un área que no es de mi experticia, como lo es la resistencia a los antibióticos betalactámicos y el desarrollo de proteínas inhibidoras. Además, he podido desarrollar y mejorar habilidades en torno a los distintos entregables de la competencia, como lo es realizar una gran cantidad de escritos en inglés, crear material audiovisual y realizar colaboraciones con equipos de otros países. Pero, sobre todo, creo que el coordinar a un equipo tan complejo, como lo es uno conformado por estudiantes de pregrado, postgrado y profesores, ha sido el mayor desafío, pero a la vez una labor donde he tenido varios aprendizajes y donde confirmo la idea de que los equipos deben ser entendidos como grupos humanos donde ir en pro de un ambiente ameno y colaborativo es clave”.

La iniciativa ha tenido un especial énfasis en la presentación de contenidos que permitan a la mayor parte de la población entender el problema y el trabajo de este equipo. Parte importante de esta labor ha sido asumida por Macarena Gajardo Donoso, estudiante de Arquitectura de la Universidad de Chile, quien destaca la mirada interdisciplinaria de esta propuesta para enfrentar el problema de la resistencia a los antibióticos. “Desde que me enteré del proyecto y me uní a este, mi contribución ha sido en un área más bien alejada de la ciencia, viendo la parte más artística y de presentación de este, también dándole una mirada diferente, ya que contaba con vagos conocimientos en el área de la ciencia. Ha sido una instancia muy enriquecedora, ya que al juntar distintos aspectos de estudio, como la ciencia y el diseño, todos hemos logrado aprender cosas nuevas y no solo enfocarnos en lo que ya conocemos”, comenta.

Jorge Vielma, por otra parte, destaca que a través de este proyecto han "puesto en práctica el importante paradigma de entender la problemática que abordamos desde la ciencia y la innovación en un marco político y social, en tanto dimensiones interdependientes, y de contribuir con la evidencia y conocimiento generados a la toma de decisiones en estas esferas. Esto es un aprendizaje de la pandemia, y que nos es tremendamente útil tanto para la crisis climática como para la crisis de la resistencia”.

Integrantes de Tan Tari Bricks: Patricio Arros Muñoz, Gabriela Carrasco, Francisco Chávez Espinosa, Andrés Marcoleta, Ian Pérez Ramírez, José Coche Miranda, Jorge Vielma Salazar, Hugo González Ibarra, Amelia Cox Fermandois, Macarena Gajardo Donoso, Rocío del Pilar González Parada, Camilo Berríos Pastén, Antonia Ramos Guzmán, Julieta Orlando y Claudio Valenzuela Reyes.

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