Abre la puerta a un nuevo énfasis en los animales como recipientes para el descubrimiento de fármacos
Blandas e inmóviles, las esponjas marinas pueden parecer inertes, pero estos simples animales son ricos en química. De ellos, los científicos han descubierto muchos compuestos biológicamente activos, algunos de los cuales se han convertido en medicamentos. Todas estas pequeñas moléculas, sin embargo, en realidad se originan a partir de bacterias que viven dentro de estos animales.
Ahora, una nueva investigación ha descubierto una excepción. Hoy, los científicos informan que las propias esponjas, no sus microbios residentes, producen al menos un prometedor grupo de compuestos.
Las moléculas en cuestión son un tipo de terpeno, compuestos comunes dentro del mundo natural que suelen tener aromas característicos. El descubrimiento de que las hacen las propias esponjas representa un "cambio fundamental" en el campo, dice Bradley Moore, candidato a doctorado e investigador principal del estudio.
"Si este animal está haciendo este pequeño terpeno, ¿Qué más están haciendo los animales?" dice Moore. "Creo que esto abre la puerta a un nuevo énfasis en los animales como recipientes para el descubrimiento de fármacos".
Las esponjas para este proyecto no tienen que viajar muy lejos. El laboratorio de Moore está ubicado en la Institución Scripps de Oceanografía de la Universidad de California, San Diego, en un edificio en el paseo marítimo de La Jolla. Esta proximidad significa que los frágiles especímenes pasan menos tiempo en tránsito y los investigadores pueden alojarlos en tanques llenos de su agua de mar nativa.
Los investigadores han buscado durante mucho tiempo productos químicos potencialmente valiosos de fuentes naturales, muchos de los cuales se han desarrollado aún más en medicamentos, incluidos antibióticos, antivirales y terapias contra el cáncer. Cuando los científicos comenzaron a aislar de las esponjas fármacos potenciales, asumieron que los propios animales producían estos compuestos.
Sin embargo, la tecnología de secuenciación del ADN finalmente reveló que las esponjas, como los humanos, comparten sus cuerpos con legiones de microbios y que estas criaturas unicelulares son los talentosos químicos. Desde entonces, las bacterias se han convertido en un importante foco para los científicos que buscan descubrir potentes compuestos naturales.
Sin embargo, un análisis genético realizado por Kayla Wilson, estudiante de doctorado en el laboratorio de Moore, sugiere que las esponjas, al igual que sus residentes microbianos, pueden producir moléculas biológicamente activas que también podrían ser útiles para los humanos.
Los terpenos derivados de esponjas que estudia son únicos en comparación con los de otros organismos porque contienen nitrógeno. También parecen prometedores desde la perspectiva del descubrimiento de fármacos: desde entonces, los estudios han demostrado que algunos tienen modestas propiedades para combatir la malaria.
Aunque estos compuestos ya eran bien conocidos, nadie había examinado las secuencias genéticas responsables de producirlos, una empresa que podría identificar al organismo responsable. Para encontrar estas instrucciones biológicas y ver a cuál pertenecían, Wilson recolectó la esponja local Axinella que produce terpenos, un timbre muerto, dice, para el plato del restaurante chino con pollo a la naranja.
Dentro de la sopa de ADN microbiano y de esponja extraído de la esponja, buscó secuencias que codifican instrucciones para la terpeno sintasa, una enzima responsable de un paso crucial en la producción de terpenos. Con la ayuda de otro miembro del laboratorio que había estudiado la misma enzima en los corales, identificó estos genes.
Una vez que los encontró, quedó claro a qué organismo pertenecían. "Cuando observamos el ADN circundante de esta terpeno sintasa, notamos que había muchas características que sugerían que estos genes provenían del mismo animal esponja", dice.
Otro trabajo en el laboratorio del becario postdoctoral Vikram Shende, se centra en el descubrimiento de nuevos compuestos dentro de las esponjas locales de San Diego.
Él y dos de los estudiantes universitarios del laboratorio, Vivian Lin y Samantha Hanauer, extrajeron compuestos de 13 especies de esponjas locales que cultivan en acuarios. Al probar la actividad biológica de los extractos de esponja, el equipo identificó péptidos que contienen bromo de las esponjas Cliona que, en experimentos, inhibieron el crecimiento de bacterias.
Los investigadores están trabajando actualmente para determinar la estructura molecular de estos péptidos, así como también cómo inhiben las bacterias, información que ayudará a determinar si los compuestos tienen potencial para su uso como antibióticos. Todavía no está claro si estas moléculas están hechas por las esponjas o por sus bacterias residentes.
"Esta es la pregunta del millón de dólares que queremos responder", dice Shende, quien presentó en la reunión la investigación del laboratorio. "Con suerte, determinar el origen genético de estas moléculas nos dará una idea de cuál es su propósito en su entorno nativo".
Los investigadores han presentado sus resultados hoy en la reunión de primavera de la American Chemical Society (ACS): Biosynthetic potential of local San Diego sponges
Imagen de cabecera: Las esponjas Axinella (arriba), no sus bacterias simbióticas, fabrican una familia de compuestos potencialmente útiles. Crédito: Kayla Wilson
