Las lisinas de los fagos
Muchos fagos producen peptidoglicano hidrolasas (endolisinas o lisinas) para liberar su progenie, hacia el final de la etapa de multiplicación dentro de la bacteria. La amidasa (enlace N-acetil-muramil-L-alanina), endopeptidasa (enlaces cruzados peptídicos) o muramidasa o glucosaminidasa (cadena de azúcar) son ejemplos de lisinas. Las lisinas son capaces de degradar peptidoglicanos, aún si están presentes fuera de la célula, hacia el exterior de la pared celular. Aunque la penicilina y cefalosporina inhiben la síntesis de peptidoglicanos, permitiendo la lisis bacteriana, la lisina de los fagos destruye la pared de peptidoglicanos directamente, ejerciendo un efecto bacteriolítico a los pocos segundos de ser aplicada. La administración en conjunto de dos lisinas que tienen diferentes sitios de corte en los peptidoglicanos ha mostrado tener una acción sinérgica potente.
Las enzimas producidas por fagos de estreptococos matan estreptococos, las producidas por fagos de neumococos matan neumococos. Excepto por la acción de la lisina del fago de enterococo, las lisinas son altamente específicas, como los son sus fagos, lo que indica que estas enzimas pueden eliminar bacterias patógenas sin alterar la flora bacteriana normal, a diferencia de los antibióticos que son de amplio espectro.
La eficacia in vivo del tratamiento con lisina ha sido estudiada usando ratones infectados con cepas de Streptococcus pyogenes, S.pneumoniae, Bacillus anthracis y estreptococos del grupo B. El tratamiento con lisina mostró una gran efectividad, no solo en infecciones localizadas en la cavidad nasal o vaginal, sino también en infecciones sistémicas. Así mismo, se han obtenido resultados similares con lisinas de fagos para estafilococos. Estas evidencias permiten reforzar la idea de que las enzimas pueden ser muy útiles en el control de infecciones bacterianas, septicemias, o para enfrentar amenazas bioterroristas con bacterias patógenas.
En el caso de Streptococcus pneumoniae, la aplicación tópica de lisina en la cavidad nasofaríngea es efectiva para eliminar neumococos, así como para eliminar estas bacterias del torrente sanguíneo. Sin embargo, se necesita una aplicación continua de la lisina para disminuir el riesgo de que el sistema inmunológico pueda inactivar su efecto biológico, así como para asegurar la eliminación completa o la disminución de los neumococos en la sangre, permitiendo que el propio sistema inmunológico pueda hacerse cargo de la infección.
Los estreptococos del grupo B causan meningitis neonatal y septicemia. Una dosis simple de lisina aplicada a ratones redujo la colonización de estas bacterias en la vagina y faringe.
En un modelo experimental en ratas, la producción de endocarditis con Streptoccocus pneumonia se pudo controlar con la administración de una dosis alta de lisina que eliminó los neumococos presentes en sangre a los 30 minutos pos tratamiento.
La lisina también a mostrado efectividad en su acción sobre estafilococos de origen bovino y humano, incluyendo a la cepa MRSA, lo que coloca a esta proteína como un potente agente antimicrobiano en la prevención y tratamiento de infecciones producidas por estafilococos.
Proteínas antibióticas
Algunos fagos pequeños como el fX174 y Qb, no tiene genes para producir holinas o lisinas. Sin embargo, ellos producen una proteína que afecta un paso en la vía metabólica de síntesis de monómeros de mureína, lo que inhibe la síntesis de la pared celular. Estas moléculas se denominan proteínas antibióticas. Se necesita desarrollar un método por el cual estas proteínas se transporten eficientemente hacia el citoplasma de las bacterias, a través de la membrana celular, para que se puedan utilizar como agentes antibióticos.
Vacunas y fagos
Los fagos también pueden ser utilizados para la fabricación de vacunas. El fago l, modificado genéticamente para expresar el antígeno de superficie del virus de hepatitis B (HBs), fue introducido en ratones y conejos, lo que indujo en éstos la producción de anticuerpos específicos contra el antígeno HBs.
Problemas a ser resueltos
En la terapia con fagos, se presentan los siguientes problemas: (1) inactivación de los fagos administrados o de la lisina por acción de anticuerpos, o reacciones alérgicas a ellos; (2) aparición de bacterias mutantes resistentes a los fagos; (3) captura y transferencia de genes tóxicos bacterianos hacia el genoma de los fagos.
Se estima que existen 1031 fagos en la tierra, lo que indica un enorme potencial para identificar nuevas fagos, o sus proteínas, que sirvan para combatir infecciones bacterianas.
Reflexiones
La terapia con fagos se muestra con una herramienta muy útil para el tratamiento de enfermedades infecciosas bacterianas. La experiencia previa en el uso y aplicación de fagos en Georgia demuestra que es posible su uso en seres humanos. Así mismo, cabe señalar que es necesario un esfuerzo de investigación con el propósito de eliminar el escepticismo por parte de la comunidad científica internacional sobre la efectividad y seguridad de estos agentes terapéuticos. Otra de las razones por las cuales los fagos no están siendo utilizados masivamente es porque las grandes corporaciones farmacéuticas no saben como conseguir los derechos de propiedad intelectual, ya que muchas personas han estado utilizando los fagos por años. Las regulaciones estrictas por parte de las instituciones reguladoras de los productos farmacéuticos, tanto en Estados Unidos como en Europa, son otra barrera que impide la masificación del uso de fagos.
En el Perú, no existen antecedentes sobre el desarrollo de este tipo de investigaciones y aplicaciones. Sin embargo, hay que recordar que gracias a la gran diversidad biológica que existe en nuestro país, y a la gran incidencia de enfermedades infecciosas bacterianas en la población, es muy probable que aquí podamos encontrar fagos propios con todas las propiedades biológicas y terapéuticas señaladas anteriormente, que sirvan para tratar infecciones que hoy en día son difíciles de controlar (i.e. a nivel intrahospitalario).
El Perú necesita hacer un esfuerzo serio en el desarrollo de la ciencia y tecnología. Es posible que dentro de este campo encontremos espacios en los que podamos desarrollarnos, no solo científicamente sino también económicamente. Los fagos pueden ser la posibilidad de desarrollar una industria farmacéutica interesante con buenas perspectivas a nivel mundial. Para tal propósito se requiere de científicos capacitados en el campo de la microbiología, virología, biología molecular, etc. Es fundamental el apoyo por parte de las instituciones públicas y privadas para que se hagan las inversiones en capital humano, infraestructura y tecnología. No es posible pensar en ningún proyecto de desarrollo serio y viable sino se invierte en educación, ciencia y tecnología. Es hora de mirar hacia delante.
Fuentes de Información
Attisha W & Clark RR. The bacterial cell wall. In: Introduction to clinical microbiology. University of Texas. Houston Medical School. http://medic.med.uth.tmc.edu/path/00001438.htm
Barrow P, Lovell M, Berchieri A Jr. 1998. Use of lytic bacteriophage for control of experimental Escherichia coli septicemia and meningitis in chickens and calves.Clin Diagn Lab Immunol. 5(3):294-8.
Bruttin A, Brussow H. 2005. Human volunteers receiving Escherichia coli phage T4 orally: a safety test of phage therapy.Antimicrob Agents Chemother. 49(7):2874-8.
Cheng Q, Nelson D, Zhu S, Fischetti VA. 2005. Removal of group B streptococci colonizing the vagina and oropharynx of mice with a bacteriophage lytic enzyme.Antimicrob Agents Chemother. 49(1):111-7.
Entenza JM, Loeffler JM, Grandgirard D, Fischetti VA, Moreillon P. 2005. Therapeutic effects of bacteriophage Cpl-1 lysin against Streptococcus pneumoniae endocarditis in rats. Antimicrob Agents Chemother. 49(11):4789-92.
Fischetti VA. 2005. Bacteriophage lytic enzymes: novel anti-infectives.Trends Microbiol. 13(10):491-6.
Fischetti VA. 2006. Using phage Lytic Enzymes to Control Pathogenic Bacteria.BMC Oral Health. 15;6 Suppl 1:S16.
Fox A and Mayer G. The Bacterial Cell. In: Microbiology and Immunology on-line. University of South Caroline. School of Medicine. http://pathmicro.med.sc.edu/book/bact-sta.htm
Lederberg J. 1996. Smaller fleas…ad infinitum: Therapeuitc bacteriophage redux. Proc.Nat. Acad.Sci. 93: 3167-3168.
Loc Carrillo C, Atterbury RJ, el-Shibiny A, Connerton PL, Dillon E, Scott A, Connerton IF. 2005. Bacteriophage therapy to reduce Campylobacter jejuni colonization of broiler chickens. Appl Environ Microbiol. 71(11):6554-63.
Matsuzaki et al. 2005. Bacteriophage therapy: a revitalized therapy against bacterial infectious diseases. J Infect Chemother 11:211–219
Nelson D, Loomis L, Fischetti VA. 2001. Prevention and elimination of upper respiratory colonization of mice by group A streptococci by using a bacteriophage lytic enzyme. Proc Natl Acad Sci U S A. 98(7):4107-12
Parfitt T. 2005. World Report. Georgia: an unlikely stronghold for bacteriophage therapy. The Lancet 365Sulakvelidze A, Alavidze Z, Morris JG Jr. 2001. Bacteriophage therapy.Antimicrob Agents Chemother. 45(3):649-59
Muchos fagos producen peptidoglicano hidrolasas (endolisinas o lisinas) para liberar su progenie, hacia el final de la etapa de multiplicación dentro de la bacteria. La amidasa (enlace N-acetil-muramil-L-alanina), endopeptidasa (enlaces cruzados peptídicos) o muramidasa o glucosaminidasa (cadena de azúcar) son ejemplos de lisinas. Las lisinas son capaces de degradar peptidoglicanos, aún si están presentes fuera de la célula, hacia el exterior de la pared celular. Aunque la penicilina y cefalosporina inhiben la síntesis de peptidoglicanos, permitiendo la lisis bacteriana, la lisina de los fagos destruye la pared de peptidoglicanos directamente, ejerciendo un efecto bacteriolítico a los pocos segundos de ser aplicada. La administración en conjunto de dos lisinas que tienen diferentes sitios de corte en los peptidoglicanos ha mostrado tener una acción sinérgica potente.
Las enzimas producidas por fagos de estreptococos matan estreptococos, las producidas por fagos de neumococos matan neumococos. Excepto por la acción de la lisina del fago de enterococo, las lisinas son altamente específicas, como los son sus fagos, lo que indica que estas enzimas pueden eliminar bacterias patógenas sin alterar la flora bacteriana normal, a diferencia de los antibióticos que son de amplio espectro.
La eficacia in vivo del tratamiento con lisina ha sido estudiada usando ratones infectados con cepas de Streptococcus pyogenes, S.pneumoniae, Bacillus anthracis y estreptococos del grupo B. El tratamiento con lisina mostró una gran efectividad, no solo en infecciones localizadas en la cavidad nasal o vaginal, sino también en infecciones sistémicas. Así mismo, se han obtenido resultados similares con lisinas de fagos para estafilococos. Estas evidencias permiten reforzar la idea de que las enzimas pueden ser muy útiles en el control de infecciones bacterianas, septicemias, o para enfrentar amenazas bioterroristas con bacterias patógenas.
En el caso de Streptococcus pneumoniae, la aplicación tópica de lisina en la cavidad nasofaríngea es efectiva para eliminar neumococos, así como para eliminar estas bacterias del torrente sanguíneo. Sin embargo, se necesita una aplicación continua de la lisina para disminuir el riesgo de que el sistema inmunológico pueda inactivar su efecto biológico, así como para asegurar la eliminación completa o la disminución de los neumococos en la sangre, permitiendo que el propio sistema inmunológico pueda hacerse cargo de la infección.
Los estreptococos del grupo B causan meningitis neonatal y septicemia. Una dosis simple de lisina aplicada a ratones redujo la colonización de estas bacterias en la vagina y faringe.
En un modelo experimental en ratas, la producción de endocarditis con Streptoccocus pneumonia se pudo controlar con la administración de una dosis alta de lisina que eliminó los neumococos presentes en sangre a los 30 minutos pos tratamiento.
La lisina también a mostrado efectividad en su acción sobre estafilococos de origen bovino y humano, incluyendo a la cepa MRSA, lo que coloca a esta proteína como un potente agente antimicrobiano en la prevención y tratamiento de infecciones producidas por estafilococos.
Proteínas antibióticas
Algunos fagos pequeños como el fX174 y Qb, no tiene genes para producir holinas o lisinas. Sin embargo, ellos producen una proteína que afecta un paso en la vía metabólica de síntesis de monómeros de mureína, lo que inhibe la síntesis de la pared celular. Estas moléculas se denominan proteínas antibióticas. Se necesita desarrollar un método por el cual estas proteínas se transporten eficientemente hacia el citoplasma de las bacterias, a través de la membrana celular, para que se puedan utilizar como agentes antibióticos.
Vacunas y fagos
Los fagos también pueden ser utilizados para la fabricación de vacunas. El fago l, modificado genéticamente para expresar el antígeno de superficie del virus de hepatitis B (HBs), fue introducido en ratones y conejos, lo que indujo en éstos la producción de anticuerpos específicos contra el antígeno HBs.
Problemas a ser resueltos
En la terapia con fagos, se presentan los siguientes problemas: (1) inactivación de los fagos administrados o de la lisina por acción de anticuerpos, o reacciones alérgicas a ellos; (2) aparición de bacterias mutantes resistentes a los fagos; (3) captura y transferencia de genes tóxicos bacterianos hacia el genoma de los fagos.
Se estima que existen 1031 fagos en la tierra, lo que indica un enorme potencial para identificar nuevas fagos, o sus proteínas, que sirvan para combatir infecciones bacterianas.
Reflexiones
La terapia con fagos se muestra con una herramienta muy útil para el tratamiento de enfermedades infecciosas bacterianas. La experiencia previa en el uso y aplicación de fagos en Georgia demuestra que es posible su uso en seres humanos. Así mismo, cabe señalar que es necesario un esfuerzo de investigación con el propósito de eliminar el escepticismo por parte de la comunidad científica internacional sobre la efectividad y seguridad de estos agentes terapéuticos. Otra de las razones por las cuales los fagos no están siendo utilizados masivamente es porque las grandes corporaciones farmacéuticas no saben como conseguir los derechos de propiedad intelectual, ya que muchas personas han estado utilizando los fagos por años. Las regulaciones estrictas por parte de las instituciones reguladoras de los productos farmacéuticos, tanto en Estados Unidos como en Europa, son otra barrera que impide la masificación del uso de fagos.
En el Perú, no existen antecedentes sobre el desarrollo de este tipo de investigaciones y aplicaciones. Sin embargo, hay que recordar que gracias a la gran diversidad biológica que existe en nuestro país, y a la gran incidencia de enfermedades infecciosas bacterianas en la población, es muy probable que aquí podamos encontrar fagos propios con todas las propiedades biológicas y terapéuticas señaladas anteriormente, que sirvan para tratar infecciones que hoy en día son difíciles de controlar (i.e. a nivel intrahospitalario).
El Perú necesita hacer un esfuerzo serio en el desarrollo de la ciencia y tecnología. Es posible que dentro de este campo encontremos espacios en los que podamos desarrollarnos, no solo científicamente sino también económicamente. Los fagos pueden ser la posibilidad de desarrollar una industria farmacéutica interesante con buenas perspectivas a nivel mundial. Para tal propósito se requiere de científicos capacitados en el campo de la microbiología, virología, biología molecular, etc. Es fundamental el apoyo por parte de las instituciones públicas y privadas para que se hagan las inversiones en capital humano, infraestructura y tecnología. No es posible pensar en ningún proyecto de desarrollo serio y viable sino se invierte en educación, ciencia y tecnología. Es hora de mirar hacia delante.
Fuentes de Información
Attisha W & Clark RR. The bacterial cell wall. In: Introduction to clinical microbiology. University of Texas. Houston Medical School. http://medic.med.uth.tmc.edu/path/00001438.htm
Barrow P, Lovell M, Berchieri A Jr. 1998. Use of lytic bacteriophage for control of experimental Escherichia coli septicemia and meningitis in chickens and calves.Clin Diagn Lab Immunol. 5(3):294-8.
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Cheng Q, Nelson D, Zhu S, Fischetti VA. 2005. Removal of group B streptococci colonizing the vagina and oropharynx of mice with a bacteriophage lytic enzyme.Antimicrob Agents Chemother. 49(1):111-7.
Entenza JM, Loeffler JM, Grandgirard D, Fischetti VA, Moreillon P. 2005. Therapeutic effects of bacteriophage Cpl-1 lysin against Streptococcus pneumoniae endocarditis in rats. Antimicrob Agents Chemother. 49(11):4789-92.
Fischetti VA. 2005. Bacteriophage lytic enzymes: novel anti-infectives.Trends Microbiol. 13(10):491-6.
Fischetti VA. 2006. Using phage Lytic Enzymes to Control Pathogenic Bacteria.BMC Oral Health. 15;6 Suppl 1:S16.
Fox A and Mayer G. The Bacterial Cell. In: Microbiology and Immunology on-line. University of South Caroline. School of Medicine. http://pathmicro.med.sc.edu/book/bact-sta.htm
Lederberg J. 1996. Smaller fleas…ad infinitum: Therapeuitc bacteriophage redux. Proc.Nat. Acad.Sci. 93: 3167-3168.
Loc Carrillo C, Atterbury RJ, el-Shibiny A, Connerton PL, Dillon E, Scott A, Connerton IF. 2005. Bacteriophage therapy to reduce Campylobacter jejuni colonization of broiler chickens. Appl Environ Microbiol. 71(11):6554-63.
Matsuzaki et al. 2005. Bacteriophage therapy: a revitalized therapy against bacterial infectious diseases. J Infect Chemother 11:211–219
Nelson D, Loomis L, Fischetti VA. 2001. Prevention and elimination of upper respiratory colonization of mice by group A streptococci by using a bacteriophage lytic enzyme. Proc Natl Acad Sci U S A. 98(7):4107-12
Parfitt T. 2005. World Report. Georgia: an unlikely stronghold for bacteriophage therapy. The Lancet 365Sulakvelidze A, Alavidze Z, Morris JG Jr. 2001. Bacteriophage therapy.Antimicrob Agents Chemother. 45(3):649-59
Imagen tomada de: http://www.theses.ulaval.ca/2006/24064/24064_27.png
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