El estudio del ribosoma, una solución al problema de resistencia a los antibióticos

Por Amapola Nava

Ciudad de México. 24 de mayo de 2017 (Agencia Informativa Conacyt).- ¿Qué fue primero, el huevo o la gallina, el código genético o sus productos? Ada Yonath, premio nobel de química en 2009, opina que ni uno ni otro. Para la investigadora primero fue el ribosoma, o más bien el proto-ribosoma.

Durante la conferencia A prebiotic entity functions in all living cells, que cerró el simposio El Mundo del RNA, Pasado y Presente, organizado por El Colegio Nacional, Ada Yonath habló sobre lo poco que ha cambiado, desde el origen de la vida, la estructura del ribosoma y cómo esta conservación de organelos puede ayudar a generar soluciones ante el problema actual de resistencia a los antibióticos.

El ribosoma es el organelo celular encargado de la síntesis de proteínas, sin él la célula no puede sobrevivir. Esta estructura utiliza el código genético para crear los bloques estructurales de los músculos, huesos, e incluso de proteínas que hacen funcionar al ácido desoxirribonucleico (ADN). Por ello, bloquear su función puede ser una alternativa para el desarrollo de nuevos antibióticos más específicos y menos dañinos a la flora natural de los organismos y al medio ambiente.

Un recuerdo del mundo antes de la vida

El código genético, formado por ADN, contiene la información necesaria para construir las proteínas que forman a los seres vivos, pero el ADN solo contiene la receta, quien se encarga de traducir esta receta y convertirla en proteínas es el ácido ribonucleico (ARN) y el ribosoma es el órgano donde esto ocurre.

Este órgano está altamente conservado en todas las especies vivientes, es decir, son muy parecidos y funcionan prácticamente igual en todos los organismos vivos. Además, al ser vitales para la vida, son muy abundantes en las células, tanto que hay células de mamíferos que pueden llegar a contener millones de ribosomas y hasta las bacterias pueden llegar a tener alrededor de 100 mil de estos organelos.

Posible-estructura-del-protoribosoma,-imagen-creada-en-el-laboratorio-de-Ada-Yonath.jpg Posible estructura del proto-ribosoma, imagen creada en el laboratorio de Ada Yonath.El ribosoma está formado por ARN y por proteínas, pero el ARN es el componente mayoritario y el encargado de llevar a cabo las funciones esenciales para la formación de proteínas. Esto quiere decir que las células no confían en las proteínas para construirse a sí mismas y por eso utilizan una máquina de ARN que tiene un control muy sofisticado para crear estas moléculas, comentó con humor la investigadora.

El hecho de que los ribosomas conserven prácticamente las mismas características sin importar si provienen de un hongo, de una bacteria, de un elefante o de una planta, ha llevado al grupo de investigación de Ada Yonath, y a muchos otros científicos, a plantear que el mundo prebiótico, previo a la aparición de los primeros organismos vivos, estaba dominado por el ARN. Esto hasta que las células lograron aprovechar esta eficiente maquinaria productora de proteínas.

Se cree que la primera estructura que funcionó como un ribosoma, llamada proto-ribosoma, era un dímero —estructura formada por dos subunidades de ARN—, y que dicha estructura se conserva prácticamente sin cambios en la parte central del ribosoma actual. Es decir que esta especie de “fósil viviente” del proto-ribosoma sigue funcionando dentro de cada ser vivo.

La capacidad de este proto-ribosoma de unir aminoácidos para formar estructuras más complejas le permitió, al mismo proto-ribosoma, sintetizar proteínas aún más complejas Por eso se dice que tanto el ribosoma, como las proteínas y el código genético evolucionaron simultáneamente hasta formar las estructuras que observamos hoy en día.

De hecho, para la vida, es tan trascendental la función del ribosoma que 40 por ciento de los antibióticos que tienen uso clínico en la actualidad logra detener el crecimiento de las bacterias mediante la alteración de la síntesis de proteínas, para lo cual utilizan como mecanismo principal el bloqueo del ribosoma.

El ribosoma y la resistencia a los antibióticos

Todos los antibióticos que tienen como blanco el bloqueo del ribosoma de las bacterias actúan uniéndose a los sitios funcionales del organelo, pero estos son sitios altamente conservados en todas las especies, entonces ¿cómo hace el antibiótico para distinguir entre el ribosoma del patógeno y el ribosoma del paciente?

Ada Yonath explicó que hay diferencias minúsculas entre los sitios funcionales de los ribosomas de las bacterias y los de otros organismos, y es allí donde los antibióticos actúan. Pero las bacterias han de utilizar ciertas mutaciones que modifican sus ribosomas, haciéndolos más parecidos al de las células del organismo que atacan o simplemente cambiando la estructura de los sitios funcionales que se veían afectados por el antibiótico.

Estas mutaciones que le confieren a los patógenos resistencia a los antibióticos se han detectado incluso en poblaciones que nunca han estado expuestas a la medicina occidental, lo que quiere decir que los mecanismos de resistencia a los antibióticos son una forma natural que tienen las bacterias para protegerse del ambiente y que lo más probable es que todas desarrollen resistencia a los antibióticos de uso actual.

“Esto nos hace pensar que las bacterias son muy inteligentes y que quieren vivir, entonces tal vez no haya solución contra la resistencia microbiana, pero los humanos también somos inteligentes y ya hay algunas soluciones planteadas”, afirmó la investigadora.

Combatir la resistencia a los antibióticos con ciencia básica

La resistencia a los antibióticos es un problema que la Organización Mundial de la Salud (OMS) ha calificado como la mayor amenaza para la salud mundial, la seguridad alimentaria y el desarrollo, y considera que es posible que el mundo vuelva a una era postantibióticos, parecida al antiguo escenario donde no existían los antibióticos y las personas morían por infecciones hoy fácilmente curables.

Para Ada Yonath, este problema aún no es irresoluble. Y aunque considera que hay una enorme falta de voluntad por parte de las empresas farmacéuticas para desarrollar nuevos antibióticos, el estudio del ribosoma está permitiendo identificar blancos terapéuticos para el desarrollo de nuevos antibióticos.

Lo que se está haciendo en el grupo de investigación de la doctora es analizar mediante cristalografía de rayos X la estructura específica de los ribosomas de cada patógeno e identificar los sitios diferentes a los ribosomas animales, o incluso al de bacterias de otras especies. Esto último evitaría que el antibiótico desarrollado ataque las bacterias benéficas presentes en la flora natural del paciente.

“En un solo modelo ya hemos encontrado 25 sitios únicos potenciales para la unión del antibiótico, también observamos que el bloqueo en 16 de ellos inhibe la síntesis de proteínas. Además, estos sitios no están implicados en la actividad primaria del ribosoma, por lo que ningún patógeno contiene genes para modificar dicho sitio y el desarrollo de resistencia sería menos probable”, explicó la investigadora.

Para la ganadora del Premio Nobel, es imperante invertir en el diseño de nuevos antibióticos con este enfoque de alta especificidad a cada especie de bacteria, contraria a la actividad de amplio espectro usada hoy en día. Y a pesar de que está consciente de las desventajas económicas de desarrollar un antibiótico que ataque un solo patógeno, espera que las farmacéuticas consideren no solo las ganancias monetarias sino el aspecto humano del desarrollo.