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| El castaño europeo, o dulce, es originario del sur de Europa y de Asia Menor. Crédito: Quave Lab |
El Castaneroxy A de las hojas de Castanea sativa inhibe la virulencia de Staphylococcus aureus
El Staphylococcus aureus resistente a la meticilina (SARM) representa una de las preocupaciones más graves en materia de enfermedades infecciosas en todo el mundo, y los CDC lo califican de "amenaza grave" en 2019. El arsenal actual de antibióticos actúa sobre el crecimiento y la supervivencia de las bacterias, lo que ejerce una gran presión selectiva para el desarrollo de resistencias. El desarrollo de nuevos antiinfecciosos que inhiban el quorum sensing y, por tanto, la virulencia del SARM se ha propuesto recurrentemente como un enfoque terapéutico prometedor. En el seguimiento de un estudio que examinaba la actividad inhibidora del quórum sensing del SARM en extractos de plantas italianas utilizadas en la medicina tradicional local, se informó de que 224C-F2 era una fracción bioactiva de un extracto de hoja de Castanea sativa (castaño europeo). La fracción demostró una elevada actividad in vitro y una eficaz atenuación de la patogenicidad del SARM en un modelo de infección cutánea en ratones. Mediante un fraccionamiento adicional guiado por bioensayos, utilizando cromatografía líquida de alto rendimiento en fase inversa, se aisló un nuevo triterpenoide hidroperoxi-cicloartano, el castaneroxi A (1). Su estructura se estableció mediante análisis de resonancia magnética nuclear, espectrometría de masas y difracción de rayos X. También se detectaron isómeros de 1 en una fracción adyacente. En una serie de ensayos para evaluar la inhibición de los marcadores de virulencia del SARM, 1 ejerció actividades en el rango micromolar bajo. Inhibió la activación de agr::P3 (IC50 = 31,72 µM), la producción de δ-toxina (IC50 = 31,72 µM en NRS385), la citotoxicidad del sobrenadante para los queratinocitos humanos HaCaT (IC50 = 7,93 µM en NRS385) y la actividad hemolítica de los eritrocitos de conejo (IC50 = 7,93 µM en LAC). El compuesto 1 no inhibió la producción de biopelículas, y a altas concentraciones ejerció una citotoxicidad contra los queratinocitos humanos mayor que la de 224C-F2. Por último, 1 redujo la dermonecrosis en un modelo murino de infección por SARM. Los resultados establecen que 1 es un prometedor candidato antivirulento para el desarrollo contra el SARM.
Los científicos han aislado una molécula, extraída de las hojas del castaño europeo, con el poder de neutralizar las peligrosas bacterias estafilocócicas resistentes a los medicamentos. Frontiers in Pharmacology ha publicado el hallazgo, dirigido por científicos de la Universidad de Emory.
Los investigadores bautizaron la molécula como Castaneroxy A, en honor al género del castaño europeo, Castanea. El uso de las hojas de castaño en los remedios tradicionales de la Italia rural inspiró la investigación.
"Pudimos aislar esta molécula, nueva para la ciencia, que sólo se encuentra en cantidades muy pequeñas en las hojas del castaño", dice Cassandra Quave, autora principal del trabajo y profesora asociada del Centro para el Estudio de la Salud Humana de Emory y del Departamento de Dermatología de la Facultad de Medicina. "También demostramos cómo desarma al Staphylococcus aureus resistente a la meticilina al anular la capacidad de la bacteria de producir toxinas".
El Staphylococcus aureus resistente a la meticilina (SARM) provoca infecciones difíciles de tratar debido a su resistencia a los antibióticos. Es una de las enfermedades infecciosas que más preocupan en todo el mundo, calificada como "amenaza grave" por los Centros para el Control y la Prevención de Enfermedades. Sólo en Estados Unidos se producen cada año casi 3 millones de infecciones resistentes a los antibióticos, que causan la muerte de más de 35.000 personas.
Los antibióticos actúan matando a las bacterias estafilocócicas, lo que puede dar lugar a una mayor resistencia entre las pocas bacterias que sobreviven, engendrando "superbacterias". El laboratorio de Quave ha identificado compuestos del pimentero brasileño, además del castaño europeo, que simplemente neutralizan los efectos nocivos del SARM, permitiendo que las células y los tejidos se curen de forma natural de una infección sin aumentar la resistencia.
"Estamos tratando de llenar la línea de descubrimiento de fármacos antimicrobianos con compuestos que funcionan de forma diferente a los antibióticos tradicionales", afirma Quave. "Necesitamos urgentemente estas nuevas estrategias". Señala que se calcula que las infecciones antimicrobianas matan a unas 700.000 personas al año en todo el mundo, y se espera que esa cifra crezca exponencialmente si no se encuentran nuevos métodos de tratamiento.
El primer autor del artículo de Frontiers in Pharmacology es Akram Salam, que realizó la investigación como estudiante de doctorado en el laboratorio de Quave a través del Programa de Postgrado en Sistemas Moleculares y Farmacología de Emory.
Quave es un etnobotánico médico que investiga remedios vegetales tradicionales para encontrar pistas prometedoras para nuevos medicamentos. Aunque muchos de los principales fármacos se basan en plantas, desde la aspirina (la corteza del sauce) hasta el Taxol (la corteza del tejo del Pacífico), Quave es uno de los pocos etnobotánicos que se centra en la resistencia a los antibióticos.
La historia del presente trabajo comenzó hace más de una década, cuando Quave y sus colegas investigaron informes escritos y realizaron cientos de entrevistas sobre el terreno entre la población del sur de Italia. Eso les llevó al castaño europeo, o castaño dulce, originario del sur de Europa y Asia Menor. "En la medicina tradicional italiana, se aplica una compresa de hojas hervidas sobre la piel para tratar quemaduras, sarpullidos y heridas infectadas", explica Quave.
Quave llevó las muestras a su laboratorio para analizarlas. En 2015, su laboratorio publicó el hallazgo de que un extracto de las hojas desarma incluso las cepas hipervirulentas de SARM capaces de causar infecciones graves en atletas sanos. Los experimentos también demostraron que el extracto no alteraba las bacterias normales y sanas de las células de la piel.
Por último, los investigadores demostraron cómo funciona el extracto, inhibiendo la capacidad de las bacterias MRSA de comunicarse entre sí, un proceso conocido como detección de quórum. El SARM utiliza este sistema de señalización para producir toxinas y aumentar su virulencia.
Para el presente trabajo, los investigadores querían aislar estos principios activos del extracto de la planta. El proceso es minucioso cuando se hace manualmente, porque los extractos de plantas suelen contener cientos de sustancias químicas diferentes. Hay que separar cada sustancia química y luego comprobar su eficacia. Los colectores de fracciones a gran escala, acoplados a sistemas de cromatografía líquida de alto rendimiento, automatizan este proceso de separación, pero pueden costar decenas de miles de dólares y no tenían todas las características que necesitaba el laboratorio de Quave.
Marco Caputo, especialista en investigación del laboratorio, resolvió el problema. Utilizando un dispositivo de software de un juguete infantil, el creador de robots LEGO MINDSTORMS, unos cuantos ladrillos de LEGO y algunos componentes de una ferretería, Caputo construyó un separador de líquidos automatizado adaptado a las necesidades del laboratorio por 500 dólares. Los miembros del laboratorio bautizaron el invento como Colector de Fracciones LEGO MINDSTORMS. Publicaron las instrucciones de construcción en una revista para que otros investigadores pudieran aprovechar esta tecnología sencilla pero eficaz.
El laboratorio de Quave separó primero un grupo de moléculas del extracto de la planta, los triterpenoides cicloartanos, y demostró por primera vez que este grupo bloquea activamente la virulencia del SARM. A continuación, los investigadores profundizaron en la separación de la molécula más activa de este grupo, ahora conocida como Castaneroxy A.
"Nuestro equipo casero ayudó realmente a acelerar el ritmo de nuestro descubrimiento", afirma Quave. "Pudimos aislar esta molécula y obtener cristales puros de la misma, a pesar de que sólo constituye un mero 0,0019 por ciento de las hojas de castaño".
Las pruebas realizadas en la piel de ratones infectados con SARM, llevadas a cabo en el laboratorio del coautor Alexander Horswill en la Universidad de Colorado, confirmaron la eficacia de la molécula para acabar con la virulencia del SARM, permitiendo que la piel se cure más rápidamente.
El coautor John Bacsa, director del Centro de Cristalografía de Rayos X del Departamento de Química de Emory, caracterizó la forma del cristal de Castaneroxy A. Comprender la configuración tridimensional del cristal es importante para futuros estudios que permitan perfeccionar y optimizar la molécula como potencial terapéutico.
"Estamos sentando las bases de nuevas estrategias para combatir las infecciones bacterianas a nivel clínico", afirma Quave. "En lugar de preocuparnos en exceso por el tratamiento del patógeno, nos centramos en las formas de tratar mejor al paciente. Nuestro objetivo no es matar a los microbios, sino encontrar formas de debilitarlos para que el sistema inmunitario o los antibióticos sean más capaces de eliminar una infección."