Dado que el sargazo es un alga comestible, la convierten en un candidato atractivo como fuente de fármacos
La curación con la ayuda de organismos marinos no es una utopía. Ya hay 12 medicamentos que salvan vidas, por ejemplo, contra el cáncer se han desarrollado a partir de organismos marinos y su microbiota simbiótica. Su alto potencial para el desarrollo de fármacos se ve obstaculizado por el largo y costoso proceso de descubrimiento.
El grupo de investigación de la Unidad de Investigación de Química de Productos Marinos Naturales en el Centro GEOMAR Helmholtz para la Investigación del Océano en Kiel, con el apoyo de enfoques automatizados asistidos por computadora, ha descubierto con éxito ahora moléculas marinas como posibles remedios contra infecciones y cáncer de piel en una alga y su simbionte fúngico originarios del fiordo de Kiel.
El proceso de búsqueda de ingredientes activos marinos comienza con la extracción de macro y microorganismos marinos, seguido de la purificación y caracterización de sus componentes químicos novedosos y bioactivos, que están destinados a ser utilizados para el desarrollo de nuevas terapias.
"Una de las mayores dificultades en la investigación de fármacos es el aislamiento de moléculas naturales ya descritas, utilizando el proceso de aislamiento guiado por bioactividad 'clásico'", explica el profesor Dr. Deniz Tasdemir, jefe de la Unidad de Investigación Química de Productos Naturales Marinos en GEOMAR y GEOMAR Centro de Biotecnología Marina. "Este enfoque es complicado y con frecuencia propenso a fallas", continúa el Dr. Tasdemir.
En su grupo de investigación, abordó este problema a través de enfoques automatizados basados en computadora en combinación con exámenes de bioactividad. En un estudio de un año, se descubrió que el alga marrón Fucus vesiculosus (sargazo vejigoso o sargazo vesiculoso) del fiordo de Kiel inhibe la bacteria patógena Staphylococcus aureus resistente a la meticilina (MRSA), que causa infecciones hospitalarias.
"Las estrategias de bioinformática basadas en algoritmos y las herramientas de aprendizaje automático nos han permitido mapear el metaboloma masivo de alga marrón y al mismo tiempo predecir los grupos moleculares responsables de su actividad antibiótica", dijo la Dra. Larissa Büdenbender, ex becaria postdoctoral en el grupo del profesor Tasdemir y primera autora de uno de los dos artículos ahora publicados en la revista Marine Drugs.
"Los algoritmos aplicados en este estudio agrupan a las familias moleculares en redes complejas basadas en sus puntajes de similitud química en los análisis de espectrometría de masas, y junto con las herramientas de aprendizaje automático in silico, nos ayudan a identificar químicamente los compuestos conocidos y nuevos que ya están en el extracto. Después del primer paso rápido de fraccionamiento químico del extracto, se utiliza un programa bioinformático para predecir la puntuación de bioactividad de las moléculas de acuerdo con su abundancia relativa en las fracciones. Estos compuestos bioactivos están aislados".
"El enfoque clásico de descubrimiento, desde la extracción hasta la caracterización de los ingredientes bioactivos de la alga, normalmente demoraría entre 3 y 4 años. Estas herramientas automatizadas nos ayudaron a acelerar el descubrimiento selectivo de nuevos antibióticos naturales hasta algunos meses", enfatiza el profesor Tasdemir.
"En la naturaleza, millones de microorganismos que se encuentran en el agua de mar a menudo sufren fuertes presiones debido a la formación de incrustaciones y biopelículas. Por lo tanto, los compuestos unidos a la membrana, como identificamos en este estudio, son de gran importancia ecológica para la autoprotección del alga. Dichas moléculas, que realizan una función crítica en el espacio natural, a menudo muestran actividades relacionadas contra los patógenos humanos. Dado que el sargazo es un alga comestible, tales actividades la convierten en un candidato atractivo no solo como fuente de medicamentos, sino también para complementos alimenticios o protección alimentaria", dice el profesor Tasdemir. A continuación, investigaremos el potencial de aplicación del sargazo vejigoso en la industria alimentaria.
Muchos hongos también viven en simbiosis en las superficies y dentro de las algas. Estas también son fuentes prometedoras para el descubrimiento y desarrollo de nuevos medicamentos. Bicheng Fan, estudiante de postdoctorado del profesor Tasdemir, ha aislado más de 120 hongos simbióticos del sargazo vejigoso y ha estudiado en detalle el hongo Pyrenochaetopsis sp., ya que mata eficazmente las células de cáncer de piel de tipo melanoma con baja citotoxicidad y tiene un inventario químico muy rico. Bicheng también utilizó enfoques automatizados asistidos por computadora para aislar moléculas especiales con un andamiaje químico raro. El estudio también se publicó recientemente en Marine Drugs.
Según el profesor Tasdemir, este es solo el segundo estudio químico sobre el género de hongos Pyrenochaetopsis, previamente inexplorado. "Los hongos, que aislamos de la vejiga y fermentaron en condiciones de laboratorio optimizadas, son una fuente establecida de agentes anticancerígenos naturales. Hemos encontrado aquí varios productos naturales novedosos, que llamamos pirenosetinas A y B, que tienen un alto potencial para combatir el cáncer de piel", continúa el químico.
"La naturaleza es la fuente de más de la mitad de todas las medicinas modernas que usamos hoy en día. El acceso a las revolucionarias herramientas de genómica, metabolómica, bioinformática y aprendizaje automático permitirá, de una manera sin precedentes, un descubrimiento nuevo y rápido de compuestos marinos, y un uso más racional y eficiente para el posterior desarrollo de fármacos con socios industriales", concluye el profesor Tasdemir.
Referencias:
• Bioactive Molecular Networking for Mapping the Antimicrobial Constituents of the Baltic Brown Alga Fucus vesiculosus
• New decalinoylspirotetramic acid derivatives isolated by bioactivity-based molecular networking from the seaweed-derived fungus Pyrenochaetopsis sp. FVE-001
