Devoradores de bacterias como control biológico

Por Ana Luisa Guerrero

Ciudad de México. 7 de junio de 2017 (Agencia Informativa Conacyt).- Los microorganismos patógenos están presentes en la vida cotidiana. En un gramo de tierra puede haber hasta 40 millones de células bacterianas y su diversidad es tal, que se dice que 90 por ciento de las bacterias existentes no ha sido descrito. En la actualidad, estos organismos unicelulares están convirtiéndose en una amenaza para el ser humano debido a que se han hecho resistentes a los antibióticos.

Staphylococcus aureus es una bacteria que, aunque es parte de la microbiota de un humano, bajo ciertas circunstancias infecta la piel provocando abscesos, además puede viajar al torrente sanguíneo e infectar cualquier parte del organismo. Gran cantidad de sus cepas ha desarrollado resistencia a los antibióticos, por lo que una alternativa para combatirla puede encontrarse en un virus.

En México, científicos del Centro de Investigación en Alimentación y Desarrollo (CIAD) trabajan en el control biológico de microorganismos que provocan enfermedades a los humanos, a través del uso de bacteriófagos (comedores de bacterias).

La doctora Nohelia Castro del Campo, adscrita a la unidad Culiacán, es la responsable de esta línea de investigación que tiene en la mira bacterias como Escherichia coli (E. coli), Salmonella, Listeria monocytogenes, Staphylococcus aureus y Campylobacter.

Desde hace siete años estudia a los bacteriófagos, al principio lo hizo con el enfoque de aislar fagos con características ideales para combatir aquellos patógenos asociados al consumo de frutas y hortalizas; a la fecha, analiza el potencial alérgico y el impacto a la microbiota del humano.

La investigadora nacional nivel I explica a la Agencia Informativa Conacyt que, financiados por la Fundación Produce Sinaloa, aislaron y seleccionaron bacteriófagos, es decir, virus con la cualidad de infectar, de multiplicarse en el interior de las bacterias y de lisarlas, como una alternativa a los métodos de control microbiano tradicionalmente usados, esto tras llevar a cabo otros proyectos de investigación en donde se evidenciaba cada vez más claro un aumento de la resistencia bacteriana a los antimicrobianos.

De esta forma, han aislado y caracterizado a los mejores candidatos de fagos, evaluando su aplicabilidad para inactivar bacterias patógenas como E. coli O157:H7 y diversos serotipos de Salmonella.

“Los virus han sido aislados del ambiente en el que naturalmente se encuentran, es decir, de agua de río y de canal, también muestras de heces de diferentes tipos de ganado como el bovino y equino, así como de aves de corral; hemos recolectado muestras de heces, ya que las bacterias que buscamos controlar residen en el tracto gastrointestinal de ciertos animales; por ende, si estas bacterias, la presa, se encuentran en el tracto gastrointestinal, ahí mismo vamos a encontrar al depredador, es decir, al bacteriófago”, detalla Nohelia Castro.

Control biológico

Los bacteriófagos están presentes en todos los ecosistemas. Se estima que en cada gramo de suelo puede haber unos 100 millones de fagos y que en un milímetro de agua de mar podría haber hasta un millón, lo que representa que por cada célula que hay en la Tierra hay por lo menos 10 fagos.

Se dice que deben existir cerca de 10 millones de “especies” diferentes de estos agentes biológicos, los cuales miden entre 20 y 200 nanómetros y cuya estructura es simple: una cápside de proteínas que guarda su material genético. Cada “especie” de fago infecta exclusivamente a una especie bacteriana, describe el doctor Miguel Ángel Cevallos, investigador del Centro de Ciencias Genómicas de la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM) en el artículo "Virus contra bacterias, renovada esperanza para tratar infecciones".

Dra. Nohelia Castro del Campo.Estos microorganismos tienen importantes ventajas con respecto a otros tratamientos biológicos, una de ellas es que pueden actuar de forma específica contra la bacteria de interés, son seguros en aplicaciones clínicas y pueden adaptarse rápidamente a los mecanismos de resistencia de la bacteria, señala el doctor Juan Ramón Ibarra Rodríguez, investigador del CIAD.

Estas características han atraído el interés de la comunidad científica, por lo que los investigadores del CIAD estudian que dichos virus no afecten a los seres humanos, pues aunque la Administración de Alimentos y Medicamentos de Estados Unidos (FDA, por sus siglas en inglés) los reconozca como seguros, es preciso verificar que estos agentes o sus componentes no ponen en riesgo la salud de las personas, ya sea del tipo alergénico como de impacto a la microbiota intestinal (bacterias benéficas).

La investigación

El trabajo de los académicos del CIAD —cuya prepropuesta fue aprobada por la Convocatoria de Investigación en Fronteras de la Ciencia del Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (Conacyt)— contempla el estudio de cinco bacteriófagos que han identificado con alto potencial. Las características que buscan son que actúen sobre las bacterias patógenas de interés y que no contengan ningún elemento de riesgo para la salud del consumidor.

“Estamos buscando virus para el control biológico, por lo que estamos tras aquellos que no acarreen genes de toxinas. Por ejemplo, Shigella es una bacteria con toxinas muy potentes que causan padecimientos en el humano que la consume, estas toxinas han sido acarreadas por virus de bacteria en bacteria, porque hay virus que tienen la característica de entrar a una bacteria y permanecen en las células, por lo tanto esos virus no son candidatos ideales; los que buscamos son aquellos que entren a la bacteria y que la maten”, detalla la doctora Nohelia Castro.

En entrevista, refiere que en los últimos siete años han ido seleccionando virus y descartando aquellos con características no deseadas. A la fecha, han establecido protocolos para la selección de los virus y cuentan con un cepario integrado por 40 virus, aproximadamente; pero todavía falta ahondar un poco más el estudio de estos que se perfilan como los candidatos idóneos, aquellos con las mejores características para ser utilizados como control biológico que proponen en la convocatoria Fronteras de la Ciencia. Adicionalmente, continúan en la búsqueda de más ejemplares que abarquen el control de otros géneros bacterianos de importancia en la salud pública.

El grupo del CIAD que desarrolla esta investigación trabaja con las bacterias E. coli O157:H7, de manera general E. coli productoras de toxina Shiga (STEC); con Salmonella, particularmente con alrededor de 50 serotipos que se encuentran en alimentos y en el ambiente; Listeria monocytogenes, muy presente en productos lácteos, y con Staphylococcus aureus y Campylobacter, esta última considerada un patógeno emergente.

Entre los virus, destacan el de hepatitis A, cuya presencia en Sinaloa se identificó no solo en alimentos sino también en aguas costeras y marinas, al tiempo de estudiar diversos tipos de adenovirus, aquellos que infectan las membranas de las vías respiratorias, los ojos, los intestinos y las vías urinarias.

En cuanto a los protozoarios, trabajan con Cryptosporidium, así como con Giardia, ambos parásitos transmitidos por agua e infectan el tracto digestivo, cuyos principales síntomas son la diarrea, cólicos abdominales, malestar estomacal y náuseas.

Uso de los bacteriófagos

Las investigaciones alrededor de los bacteriófagos han demostrado que son virus altamente especializados que únicamente reconocen bacterias, y han evolucionado de tal forma que su acción es específica para una bacteria en particular, lo que representa una oportunidad para contrarrestar los efectos de la multirresistencia antimicrobiana que algunos, como el Staphylococcus aureus, ha desarrollado.

No obstante, las investigaciones del CIAD han evidenciado que el rango de hospederos de un bacteriófago puede ser más amplio, pues han aislado fagos que tienen la capacidad de lisar tanto Salmonella como Escherichia, es decir, que pueden lisar dos géneros distintos de bacterias.

El doctor Cristóbal Chaidez Quiroz, director del Laboratorio Nacional para la Investigación en Inocuidad Alimentaria (Laniia) con sede en el CIAD, documenta la evidencia científica de la gran efectividad que tienen los fagos para eliminar bacterias sobre diversos alimentos.

En el artículo "Virus que combaten la contaminación alimentaria", detalla que se desarrollan productos a base de fagos contra Staphylococcus aureus, Salmonella, E. coli y Campylobacter, entre otros.

Un ejemplo es “Listex”, una sustancia natural y orgánica de fagos anti-Listeria, puede ser usada en el procesamiento de todos los productos alimenticios susceptibles a Listeria monocytogenes, una vez que la FDA la aprobó en 2006 como GRAS (generalmente reconocido como seguro, por su sigla en inglés).

Un año después, la empresa OmniLytics, Inc. tuvo la aprobación para el lavado de piel anti-E. coli y anti-Salmonella a través de una solución de lavado-vapor-spray en el tratamiento de animales vivos antes de su sacrificio. En tanto que Intralytix Inc. tuvo la autorización para “LMP 102”, una mezcla de seis fagos diferentes que se usan como aditivo contra Listeria monocytogenes durante el empacado de pollo y productos cárnicos listos para consumirse.

En el CIAD, un centro público del Conacyt, el desarrollo de alternativas para la descontaminación de alimentos ha llevado al aislamiento, identificación y caracterización de bacteriófagos silvestres provenientes de la zona centro de Sinaloa contra las cepas de E. coli O157:H7 y Salmonella sobre superficies de hortalizas, piel de pollo y carne de res.

El trabajo se ha traducido en la obtención del genoma de dichos microorganismos constatando que no contienen elementos genéticos indeseables para el medio ambiente, así como en el desarrollo de formulados de bacteriófagos como agentes de control biológico.

Adicionalmente se trabaja en las pruebas de toxicidad oral para demostrar que son inocuos para el ser humano y, por lo tanto, pueden tener aplicaciones en la industria alimentaria, médica, veterinaria y agrícola.

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