Un nuevo estudio revela cientos de nuevos objetivos farmacológicos para combatir la tuberculosis

La tuberculosis es una enfermedad obstinada, nacida de microbios aún más obstinados. Si bien muchas infecciones bacterianas se resuelven a los pocos días de comenzar con los antibióticos, la tuberculosis a menudo se niega a ceder durante unos seis meses y, en algunos casos, es posible que nunca se suelte del cuerpo humano. Cobró 1,5 millones de vidas en 2020, solo superada por COVID-19 entre las enfermedades infecciosas.

Ahora, un nuevo estudio en Microbiología de la naturaleza mapea los métodos por los cuales la bacteria Mycobacterium tuberculosis (Mtb) hace caso omiso de los antibióticos, revelando cientos de objetivos farmacológicos que podrían despojar a este patógeno de sus notorias resistencias. Los científicos también identificaron una clase de antibióticos existentes que pueden ser particularmente efectivos contra una cepa prominente en el sudeste asiático.

«Examinar cómo los medicamentos actuales afectan la fisiología bacteriana, y cómo la bacteria subvierte esto, es parte de nuestro objetivo a largo plazo de desarrollar mejores combinaciones de tratamiento», dice Jeremy Rock, jefe del Laboratorio de Biología del Huésped-Patógeno de la Universidad Rockefeller. «Este estudio es la punta de lanza que nos lleva a ese reino».

Una vista de todo el genoma de Mtb

Los investigadores comenzaron con una pregunta simple. «Solo queríamos conocer todos los genes involucrados en la resistencia de Mtb a diferentes antibióticos», dice Nick Poulton, estudiante graduado en el laboratorio de Rock y coautor del estudio. El equipo desarrolló una plataforma basada en la herramienta de eliminación de genes CRISPR que recorrió el genoma de Mtb, enfrentando a las bacterias con antibióticos comunes para cuantificar cómo la ausencia o presencia de cada gen afectaba la eficacia de los medicamentos existentes.

«Esto nos permitió estudiar esencialmente todos los genes en el genoma de Mtb en una sola biblioteca agrupada, y pudimos inhibir la expresión de genes específicos sin realizar cambios permanentes en el genoma bacteriano», dice Poulton. Finalmente, identificaron 1.373 genes que, cuando se silenciaron, hicieron que Mtb fuera vulnerable a los antibióticos y otros 775 genes que tenían el efecto contrario: cuando se silenciaron los últimos genes, las bacterias desarrollaron una resistencia más fuerte.

Dos genes en particular, mtrA y mtrB, hicieron que Mtb fuera altamente susceptible a las terapias existentes. Estos genes son responsables de mantener la capa protectora de la bacteria y probablemente desempeñen un papel en la capacidad natural de Mtb para resistir los antibióticos. Los investigadores esperan que las terapias futuras puedan aumentar la eficacia de los antibióticos actuales al frustrar la función de los genes.

«Cuando inhibes estos genes, una serie de procesos de células bacterianas salen mal», dice Shuqi Li, ex becaria postdoctoral en el laboratorio Rock y coautora del estudio. «Esto hace que Mtb sea sensible a muchos medicamentos que, de otro modo, habrían sido menos efectivos».

Rock, Poulton, Li y sus colegas también identificaron varios mecanismos previamente desconocidos por los cuales las mutaciones en el gen bacA contribuyen a la resistencia a los medicamentos. «Estamos viendo el fracaso del tratamiento por todas partes, y queríamos comprender mejor los mecanismos genéticos que pueden estar conduciendo a la resistencia», dice Poulton. «Las mutaciones de bacA que descubrimos pueden ser una fuente poco apreciada de resistencia a los medicamentos de segunda línea, y deben controlarse más de cerca en la clínica».

Optimización de nuevos antibióticos

Después de estos hallazgos iniciales, el equipo centró su atención en linezolid, un antibiótico recientemente aprobado que es muy potente contra Mtb, pero que puede causar efectos secundarios graves. Rock y sus colegas se preguntaron si su conjunto de datos podría informar los esfuerzos en curso en todo el mundo para optimizar linezolid para que siga siendo eficaz incluso en dosis más bajas y menos tóxicas.

De hecho, encontraron dos genes que, cuando se inhibían, hacían que Mtb fuera más sensible a la linezolida al actuar sobre los ribosomas, las máquinas moleculares que traducen el ARN de una bacteria en proteína. Dado que la linezolida funciona engomando los ribosomas bacterianos, el equipo sospecha que estos genes luchan contra la droga y contribuyen a la resistencia al reiniciar las máquinas de proteínas congeladas.

Cuando el equipo silenció ambos genes, la Mtb no resistente se volvió doce veces más sensible a linezolid. Sus resultados en Mtb resistente a los medicamentos fueron aún más impresionantes: la eliminación de ambos genes pareció deshacer la resistencia a los antibióticos por completo, convirtiendo la Mtb resistente en Mtb normal. «Si pudiera encontrar medicamentos que inhiban estas dos vías, teóricamente podría ser posible restaurar completamente la susceptibilidad a linezolid a niveles de tipo salvaje», dice Poulton.

Incluso en cepas no resistentes, la inhibición de esos dos genes podría aumentar la eficacia de linezolid lo suficiente como para permitir que los médicos administren dosis más bajas, lo que podría reducir los efectos secundarios negativos.

Desempolvando drogas archivadas

En el futuro, estos hallazgos podrían tener implicaciones considerables para los desarrolladores de fármacos que buscan abordar el creciente problema de la tuberculosis resistente a los antibióticos. Además, el laboratorio de Rock hizo un descubrimiento adicional que podría salvar vidas incluso a corto plazo.

El equipo notó que una cepa de Mtb, responsable de medio millón de casos de tuberculosis cada año en el sudeste asiático, había adquirido naturalmente una extraña mutación en un gen conocido como whiB7. Sospechan que la mutación surgió hace unos 900 años, y no está claro qué ventaja transmitió, si es que transmitió alguna. Lo que está claro es que esta mutación hace que la bacteria sea extremadamente vulnerable a una clase de antibióticos seguros, bien tolerados y aprobados por la FDA, conocidos como macrólidos.

Aunque los macrólidos se prescriben con frecuencia para tratar otras infecciones, históricamente no se han utilizado en el tratamiento de la TB. «Nuestra investigación in vitro y en ratones sugiere que este linaje puede ser hipersensible a los medicamentos macrólidos», dice Rock.