Actualmente por múltiples factores biológicos y de uso, la eficiencia de los antibióticos comerciales sobre bacterias, que han generado multiresistencia, es nula. Un problema de salud mundial es la generación de nuevos antibióticos. La farmacéutica ha abandonado este reto por cuestiones económicas, quedando la responsabilidad al sector publico.
Una fuente potencial en la búsqueda de nuevas moléculas que detengan las infecciones bacterianas es la familia de péptidos antimicrobianos (PAMs), que se obtienen de diversas fuentes naturales y que fueron seleccionados justo para esta función. Dada su actividad hemolítica asociada, estos péptidos no se han logrado aplicar en infecciones sistémicas. Sin embargo, existen evidencias de que regiones distintas del peptido influyen para cada una de estas dos actividades, además de que las propiedades físicas de cada membrana biológica es determinantes en la eficiencia de inserción de estos péptidos.
El presente trabajo estudia los parámetros físicos de las distintas membranas biológicas, como fluidez, espesor, tensión lateral, segregación de fases, elasticidad, etc, que son condicionantes en la inserción de estos PAMs. Estos parámetros son diferentes entre membranas de distintas especies lo que explica en parte la especificidad de algunos de esos péptidos. En la literatura, durante la caracterización del modo de acción de estos péptidos muy poco se ha definido hacerca de estos parámetros. El análisis se ha centrado en las propiedades fisicoquimicas y estructurales del peptido, que desde luego tambien es muy importante.
En esta propuesta tambien se cambiaran las propiedades fisicoquímicad del peptido ascapina empleando distintas variantes, para relacionalrlas con su actividad, pero en un contexto mas amplio, al explorar la acción de ellas en membranas modelos de diferente composiciones lipidicas. Por lo tanto, el conocimiento generado en este trabajo permitirá definir la relación entre las propiedades de un péptido y los parametros físicos de la membrana en la que se inserta. De este modo se podrá contribuir para el diseño razonado de péptidos con actividad a membranas especificas (Bacterianas, fungica o tumoral) con reducida actividad en membranas de las células no blanco (células del hospedero o sanas).
El éxito en la búsqueda de péptidos útiles como antibióticos depende de una mayor conocimiento de los parámetros físicos de la membrana que influyen en la inserción del péptido, de forma que se pueda favorecer la inserción hacia un tipo de membrana preferente sobre otro tipo.
La generación de cepas multirresistentes a antibioticos se considera un problema grave globalmente. En un esfuerzo por abordar este problema, "el Programa Iberoamericano de Ciencia y Tecnología para el Desarrollo (CYTED)" aprobó una propuesta para construir una red iberoamericana llamada "Busqueda y Desarrollo de Péptidos Antivirales y Antimicrobianos para cepas multirresistentes (BUDE PAV-AM, 219RT0573) ". El apoyo se otorgo para movilidad académica y capacitación entre los países miembros, para el desarrollo de un proyecto científico en conjunto. El responsable de esta propuesta que presentamos, también es el coordinador de la red antes mencionada. El Dr. Muñoz-Garay coordina el trabajo a desarrollar de 25 laboratorios involucrados en el tema del desarrollo de PAMs, con diversas "expertices". Los laboratorios están en 9 países extranjeros (Argentina (1), Brasil(1), Colombia(2), Costa Rica(2), Cuba (2), Ecuador(2), Honduras(1), Perú(1) y España(5) y 8 laboratorios de México (CEIB-UAEM(1), IBT-UNAM(1), ICF -UNAM (2), Unidad de Investigación Biomédica IMSS, Zacatecas (1), Universidad Veracruzana(1), Langebio-CINVESTAV(1) INSP(1). https://www.fis.unam.mx/~cgaray/Red/index.html
A través de dos estrategias (ingeniería genética y síntesis química), el objetivo será modificar las propiedades bioquímicas que influyen en las actividades de los PAM de manera racional, con la hipótesis de que la composición lipídica es un determinante de su efecto y especificidad. La modificación en el péptido de:
-Las cargas positivas netas
-La distribución a lo largo del péptido.
-La linealidad o curvatura de las cargas + a lo largo del cilindro del péptido.
-La hidrofobia o hidrofilia serán las principales modificaciones.
-La sustitución de residuos aromáticos entre ellos.
- La disposición del residuo Aspartico(-) respecto a la linealidad de las cargas (+)
El potencial en esta propuesta esta en 2 virtudes. Uno: La actividad de las variantes será analizada en todas las composiciones de lípidos empleadas para forma membrana modelo que trabajamos en el lab (6 membranas modelo), así como las nuevas mezclas que estamos considerando para nuevos modelos membranales. Dos: El análisis de la interacción péptido-membrana se hará con por lo menos 9 estrategias experimentales complementarias como en el trabajo de Brandt et al., 2020.
El análisis propuesto aquí permitirá ver los cambios de actividad de los péptidos en función de las combinaciones de los parámetros fisicoquímicos de los péptidos con distintas propiedades biofísicas de la membrana. Sin duda esta matriz de combinaciones con una eficiencia o deficiencia de actividad asignada, ayudara a una mejor comprensión del mecanismo de inserción y bases para un mejor diseño de PAM.
Con los datos y el conocimiento generados, se establecerán las bases para diseñar nuevos PAM. El péptido modelo propuesto a trabajar es ascafina, por lo que se espera, de inicio, lograr una variante con mejor actividad que la secuencia parental e identificar la mejor membrana blanco apara cada variante. Si los principios obtenidos mediante este análisis funcionan, se podrá diseñar otros péptidos ya reportados con secuencias o estructuras relacionadas a ascafina.
En cuanto a la contribusión academica y social:
Se apoyara a 5 tesístas de licenciatura durante los 3 años. Nuestro trabajo tendrá un impacto directo en la generación de profesionales altamente capacitados con experiencia en laboratorio y el estudio de interacciones lípido-Proteína, al incorporar a 3 estudiantes de posgrado durante el desarrollo del trabajo.
Es una práctica común que los miembros de nuestro laboratorio asistan a reuniones académicas nacionales, como el congreso nacional de bioquímica, el congreso de biomembranas y bioenergética, el congreso nacional de biotecnología y bioingeniería y el congreso nacional de física. Nuestra participación en estos eventos nos permite difundir abiertamente los hallazgos de nuestros laboratorios y son una experiencia formativa para los estudiantes al presentar sus datos a otros estudiantes e investigadores especializados en estos campos. Además, parte de este trabajo está relacionado con la red iberoamericana BUDE PA-AM. Esta red está financiada por CYTED, y el desarrollo de este trabajo es fundamental para lograr los objetivos propuestos y comprometidos a la red.
El impacto social más claro pero a la vez a largo plazo es la contribución con herramientas y conocimientos que ayudarán en el desarrollo de antibióticos y medicamentos antivirales, para su aplicación en áreas como el control de plagas en el sector agrícola, la conservación de alimentos y la salud humana. .
Este proyecto propone obtener secuencias de péptidos que pueden discriminar entre diferentes membranas, como las de las bacterias y las células humanas. Si tenemos éxito en nuestros esfuerzos, los resultados podrían tener un impacto en cualquier compañía interesada en desarrollar productos farmacéuticos a partir de secuencias identificadas y bien caracterizadas.