El hombre interactúa con los patógenos en el transcurso de la historia humana, pero la manera en la que se trataron las infecciones a lo largo de los milenios cambió de forma drástica, sobre todo en los últimos 100 años, con el advenimiento de los antibióticos modernos.
Esta clase de fármacos incluye fármacos que actúan ya sea con la muerte directa de las bacterias (agentes bactericidas) o al inhibir su crecimiento (agentes bacteriostáticos). Marcaron el comienzo de una edad de oro que permitió el tratamiento exitoso de millones de personas que podrían no haber sobrevivido antes del uso de antibióticos. Sin embargo, mientras el siglo XX avanzaba, las bacterias que surgieron eran inmunes a estas nuevas armas. La edad de la resistencia había comenzado. No importa cuántos nuevos antibióticos se desarrollaron para actuar sobre diversos objetivos (síntesis de proteínas, síntesis de ADN/ARN, síntesis de la pared celular, síntesis de folato o potencial de membrana), la resistencia siempre se produce. Mientras que algunos grupos trabajan para desarrollar nuevos antibióticos que actúen contra bacterias multirresistentes, la tasa de éxito parece disminuir con el tiempo, y es probable que estos fármacos también produzcan resistencia.
Con los años, se incrementó la dependencia a los antibióticos y estos medicamentos están fuertemente arraigados en la cultura. Los antimicrobianos no se limitan sólo a los que están enfermos; sino que también se utilizan de manera profiláctica para prevenir la aparición de infecciones, están presentes en productos de consumo tales como jabón de manos y pasta de dientes y se dan como alimento al ganado para aumentar la tasa de crecimiento. Desafortunadamente, este uso generalizado aumenta la resistencia a los antibióticos en ambos reservorios, humano y de animales y en el medio ambiente, incluso entre las bacterias que no eran el objetivo de los medicamentos. Esto asegura que los patógenos tienen una reserva vasta y fácilmente disponible de genes de resistencia de donde tomar y la presión del uso de antibióticos proporciona selección positiva para la propagación de estos genes de resistencia y mutaciones.
Un informe de 2013 por el Centro para el Control de Enfermedades estima que más de 2 millones de enfermedades y veintitrés mil muertes son causadas por microbios resistentes a los medicamentos en US de forma anual. Estas estadísticas llevaron a las organizaciones de salud a instituir políticas más estrictas para el uso de antibióticos para tratar de frenar la aparición de resistencia. Estas políticas, sin duda, ayudaron a extender el uso de antibióticos, pero es probable que no sean suficientes para solucionar esta situación emergente.
Por desgracia, el ritmo de desarrollo de los antibióticos se desaceleró en los últimos decenios. En contraste con los años 1940s, 50s, y 60s, cuando muchos nuevos antibióticos se desarrollaron en un período relativamente corto, ningún nuevo producto químico de clase de antibióticos de amplio y bajo espectro apareció en los últimos 40 años. Esto refleja, al menos en parte el número limitado de dianas potenciales disponibles en las bacterias y las dificultades inherentes para la creación de moléculas con o sin toxicidad en el hombre. También se observó que el proceso de regulación de drogas evolucionó de forma sustancial en el último medio siglo. Se requirieron ensayos clínicos cada vez más rigurosos y revisiones de seguridad antes de que un medicamento se introduzca en el mercado. Tal legislación tiene como objetivo proteger al consumidor; sin embargo, ciertos antimicrobianos prescritos el día de hoy probablemente no cumplirían las normas vigentes. Además de la falta de desarrollo exitoso reciente, la resistencia a antibióticos emergentes y la necesidad de prudencia, en la prescripción de nuevos antibióticos (uso limitado) disminuyen de forma colectiva el desarrollo de antibióticos por Pharma. Simplemente no es rentable desarrollar drogas que puedan tener una vida corta (debido a la resistencia de antibióticos), por lo general se usan una sola vez en cualquier cliente, y que se prescriben con cautela por médicos (para retardar el desarrollo de resistencia a los antibióticos). Los incentivos del gobierno para llenar el hueco, como el Acta Americana GAIN de 2012 (que proporciona beneficios tales como una vía rápida de revisión de la FDA y 5 años adicionales de exclusividad en el mercado), probablemente ayudarán con el tiempo. Por ejemplo, los nuevos medicamentos dalvance (aprobado por la FDA en mayo 2014) y oritavancina, fueron de esta nueva legislación. Los dos se administran por vía intravenosa y combaten infecciones cutáneas causadas por bacterias Gram-positivas, que incluyen cepas resistentes a múltiples fármacos, como Staphylococcus aureus resistente a meticilina (MRSA). La oritavancina y el dalvance estaban en proceso de desarrollo antes de que la ley GAIN se aprobara. Queda por verse si la ley incentivará el desarrollo de nuevos fármacos. Sin embargo, nuevas terapias para las bacterias Gram-negativas son notoriamente más difícil de desarrollar debido a la barrera adicional de la membrana externa que limita la eficacia. Desafortunadamente, muchas de las bacterias resistentes a múltiples fármacos más recalcitrantes que se enfrentan hoy en día son de las especies Gram-negativas. De acuerdo al informe de 2013 sobre las amenazas de resistencia a antibióticos por parte de la CDC, más de 730,000 infecciones y más de 3,400 muertes anualmente son causadas por bacterias Gram-negativas en Estados Unidos solamente. También se debe considerar formalmente la posibilidad de que casi se agotó el suministro de antibióticos que no sean tóxicos o al menos la lista de dianas. Dadas las tendencias actuales, el arsenal eficaz contra una población bacteriana resistente a múltiples fármacos es cada vez más propenso a disminuir.
Es quizás el momento de pensar de nuevo la estrategia global antes de encontrarse en una época donde las enfermedades infecciosas se conviertan en la principal causa de mortalidad en un país desarrollado, como lo es en los países en vías de desarrollo. Se tiene que aprender a usar los antibióticos que tenemos de manera sabia. Una forma importante a seguir es desarrollar compuestos (denominados aquí adyuvantes) que actúen en conjunto con los antibióticos convencionales ya conocidos, así sea para la mejora de su actividad, en especial en contra de cepas resistentes. Una posible razón de por qué es difícil desarrollar nuevos antimicrobianos es que hay un número limitado de proteínas diana directas. Una diana antimicrobiana debe ser una proteína esencial, que sea capaz de utilizarse sin un mecanismo metabólico excesivo, y cuando inhiba debe conducir a una acción bactericida o por lo menos una acción bacteriostática. Así, el mismo conjunto de dianas (el ribosoma, la dihidrofolato reductasa, el RNA polimerasa, la biosíntesis de la pared celular como las proteínas unidas a penicilina, etc.) se estudiaron de manera amplia y se explotaron por décadas y muchas otras se intentaron sin éxitos notorios, lo que lleva a una pregunta de si hay nuevos objetivos explotables. La ventaja de los adyuvantes en desarrollo es que no se necesitará encontrar una diana esencial, sino que cuando se inhiba aumente la actividad de uno de los antibióticos que actúe en una de estas dianas (con el ejemplo clásico de los adyuvantes inhibidores de β-lactamasa). En el siguiente artículo, se discuten las posibilidades innovadoras de adyuvantes antimicrobianos como medicamentos antirresistencia, antivirulencia, tratamientos directos al hospedero y tratamiento alternos. Tales tratamientos complementarios podrían ayudar a prolongar la vida de los antibióticos existentes y prevenir la llegada de una era postantibiótico.
Drogas antirresistencia
El aumento global de bacterias patógenas resistentes a múltiples fármacos presenta un desafío particular para la medicina translacional. Esto se debe en especial a dificultades claras en el diseño de nuevos fármacos, junto con el aumento notorio de la mortalidad y la morbilidad en el mundo desarrollado. En particular, la difusión de organismos multirresistentes “ESKAPE” (Enterococcus spp., Staphylococcus aureus, Klebsiella spp., Acinetobacter baumannii, Pseudomonas aeruginosa, y Enterobacter spp.) es un gran desafío. Hoy en día, es posible encontrar cepas bacterianas Gram-negativas con mayor resistencia a todos los antibióticos disponibles. La Sociedad de Enfermedades Infecciosas de América (IDSA) identificó la resistencia a los antimicrobianos como la mayor amenaza mundial para la salud humana. Si, por un lado, las bacterias son cada vez más letales y peligrosas, por el otro, la comunidad científica formula nuevos adyuvantes para compuestos de antibióticos para evitar la resistencia bacteriana. Los siguientes miembros de esta clase de compuestos se discutirán: inhibidores de la β-lactamasa, inhibidores de la bomba de flujo de salida, y permeabilizadores de la membrana externa.
Inhibidores de la β-lactamasa
Los antibióticos β-lactámicos se utilizan como tratamiento por más de 70 años para tratar una amplia gama de condiciones causadas por patógenos bacterianos. Estos compuestos bactericidas son agentes valiosos que por lo general son inofensivos para los seres humanos. Ellos actúan mediante la inhibición de la síntesis de las enzimas de la pared celular llamadas proteínas de unión a penicilina (PBP), las cuales no tienen homólogos específicos en los mamíferos. A pesar del hecho de que los nuevos análogos que contienen β-lactámicos ocupan las fuentes farmacéuticas por varios años, apenas cualquiera de estos compuestos progresó hasta ensayos clínicos como agentes independientes. Esto probablemente se debe a la extensa proliferación de β-lactamasas, que en conjunto hidrolizan una extensa gama de fármacos β-lactámicos incluida la familia de los carbapenémicos. Sobre la base del éxito del ácido clavulánico, ahora es un principio bien establecido que la combinación de un inhibidor de la β-lactamasa (como un adyuvante para suprimir la resistencia enzimática) con un β-lactámico puede aumentar la eficacia y el espectro del antibiótico. Por esta razón, una gran cantidad de investigación se centró en el desarrollo de un nuevo (por lo general no antibiótico) inhibidor de la β-lactamasa de una variedad diferente de familia para la coadministración con los β-lactámicos. Hasta la fecha, los objetivos primarios para los inhibidores de la lactamasa son las β-lactamasas clase A, que pueden inactivarse por diversos inhibidores y presentar diferentes secuencias de reacción, pero cada vez se usan más las cefalosporinasas inducibles cromosomales clase C y las carbapenemasas transportadas por plásmidos.
Un ejemplo clásico de la terapia combinada de β-lactámicos e inhibidores de la β-lactamasa es la administración de penicilinas con los inhibidores de la β-lactamasa ácido clavulánico, sulbactam o tazobactam. Estos tres compuestos se utilizan con éxito en combinación durante tres décadas en terapias parenterales y orales. Además de estos tres fármacos, varias farmacéuticas desarrollaron soluciones nuevas para resistencia bacteriana. Entre ellas se encuentra el avibactam (NXL104; AstraZeneca), que se desarrolló de manera original por Novexel. El avibactam es un no-β-lactámico diazabiciclooctano bicíclico, no tiene actividad antibacteriana, y forma enlaces covalentes reversibles con varias β-lactamasas. Su mecanismo de acción consiste en acilación covalente de su β-lactamasa diana. El avibactam muestra actividad contra una amplia variedad de β-lactamasas clases A y C sintetizadoras de cadenas, como aquellas que se inhiben de pobre manera por el ácido clavulánico y el tazobactam como un plásmido transportado por KPC (carbapenemasa de la Klebsiella pneumonia), ESBL (β-lactamasas de amplio espectro) y AmpC con cadenas sobreexpresadas. Estas propiedades hacen del avibactam uno de los medicamentos antirresistentes más prometedores en los Estados Unidos. Otro compuesto diazabiciclooctano desarrollado de forma reciente por Merck es el MK-7655. El MK-7655 es un análogo de la piperidina que se utiliza junto con el imipenem. Muestra similitudes funcionales con el avibactam y tiene la capacidad de inhibir las lactamasas clase A y C.
Un grupo de inhibidores de la lactamasa en los que se enfocó la industria farmacéutica en los últimos años son los inactivadores de las β-lactamasas que contienen ácido borónico, o BAs. En 2012, Rempex publicó la estructura del RPX7009, un BA que tiene actividad inhibidora hacia las β-lactamasas clase A y C. Es interesante observar que aunque hay un gran número de BA en desarrollo, sólo el RPX7009 está en fase I de ensayos clínicos (25 y NCT01897779). Además de éstas, otra pequeñas moléculas se utilizan para reducir la efectividad de la β-lactamasa como los inhibidores NagZ trihidroxiazepan, sulfonas penam, policétidos, derivados del ácido maleico, BAL30072, (que es un monosulfactam sideróforo similar al aztreonam y se encuentra actualmente en ensayos clínicos fase I) y el BAL30376, (que combina tres β-lactámicos, como el inhibidor puenteado monobactam de β-lactamasa clase C BAL29880, el monobactam sideróforo BAL19764 y el ácido clavulánico). Recientemente, se describieron los hidroxamatos O-acilo y O-fosfil como nuevas clases de inhibidores de la β-lactamasa de etapa principal. Un ejemplo se relaciona al derivado N-acilo de un ácido hidroxámico cíclico O-acilo, 3H-benzo[d][1,2]oxazina-1,4-di-ona, mientras que otro se relaciona con el derivado N-tertbutoxicarbonil. Tales compuestos son profármacos en lugar de inhibidores de la β-lactamasa per se; sin embargo, de forma espontánea se hidrolizan en soluciones acuosas para producir un ácido hidroxámico O-ftaloilo, que es un inhibidor de la β-lactamasa. Este compuesto se puede ciclar en una solución para producir anhídrido ftálico que es también un inhibidor de la β-lactamasa.
King y colaboradores demostraron de forma reciente que un derivado de hongos llamado aspergillomarasmina A resensibiliza NDM y Pseudomonas que expresan VIM, Acinetobacter y Enterobacteriaceae a meropenem. Además, el compuesto es bien tolerado en dosis terapéuticas por los ratones y aumenta de manera significativa la supervivencia de estos múridos cuando se utiliza en combinación con meropenem al retarlo con K. pneumoniae N11-2218. Un compuesto llamado FPI-1465 se desarrola actualmente por Fedora Farmacéuticos (Http://www.fedorapharma.com/site/rd_pipeline). Esta molécula tiene acción sinérgica in vitro con meropenem, ceftazidima, y aztreonam en múltiples cepas de bacterias que expresan carbapenamasa y ESBL. El FPI-1465 también se probó con resultados prometedores en modelos de animales con infección y se espera que se proceda a los ensayos clínicos en breve.
Por otro lado, los inhibidores macromoleculares de los β-lactámicos también se describieron. Zhang y colaboradores presentaron una nueva clase de metalopolímeros cargados, llamados polímeros que contienen cobaltocenium, que matan con eficacia a las células bacterianas y tienen efectos aditivos con muchos antibióticos β-lactámicos. Los valores de IC90 para estos polímeros son los únicos en el rango de 3-5 μg para MRSA, y los polímeros no causan hemólisis, pero aún no se prueban en modelos animales. Los polipéptidos llamados BLIP (proteínas inhibidoras de la β-lactamasa) se unen e inhiben a β-lactamasas clase A.
Además de los compuestos descritos anteriormente, varias plataformas se desarrollaron para detectar y desarrollar nuevos inhibidores con alta afinidad a β-lactamasas. Entre ellos, un ensayo de ultrafiltración basado en LC/MS para la identificación de inhibidores de NDM-1 (Nueva Delhi metalo-β-lactamasa) se aplicó con una reproducibilidad alta. Esta estrategia condujo a la identificación de un potente inhibidor llamado ligando 14 a partir de una mezcla de fragmentos de moléculas pequeñas. El ligando 14 tiene una IC50 de 1.81 μg, pero aún no se realizan pruebas para su capacidad de penetrar en las membranas celulares o de toxicidad. El modelo molecular indica un mecanismo de acción mediante el cual el ligando 14 interactúa de manera directa con el átomo de zinc en el sitio activo de la β-lactamasa. Otro enfoque inusual aplicado es la tecnología con visualización de fagos, que se utiliza para detectar fragmentos de anticuerpos de un solo dominio (también llamado nanocuerpos) que fueron capaces de inhibir la β-lactamasa. En este contexto, cincuenta nanocuerpos se identificaron como inhibidores, pero sólo uno, llamado NbVIM_38 mostró actividad inhibitoria alostérica. La actividad inhibitoria se presentó en concentraciones micromolares para todos los β-lactámicos evaluados. Este compuesto de etapa principal aún no se prueba para determinar la toxicidad.
Además de demostrar la inhibición de las β-lactamasas, los miembros de esta clase de fármacos deben demostrar acción sinérgica con β-lactamas tanto in vitro como in vivo. Las dosis de los β-lactámicos y del inhibidor de la β-lactamasa también se deben titular de forma cuidadosa para lograr la sinergia óptima con una toxicidad mínima. Los ensayos clínicos pueden por lo tanto representar un obstáculo sustancial para este tipo de medicamento. Es importante tomar en cuenta que aunque la gran cantidad de compuestos descritos aquí tienen la capacidad de inhibir varios tipos de β-lactamasas, apareció resistencia a los inhibidores de la β-lactamasa. Por ejemplo, una disminución en la susceptibilidad de las cepas de E. coli a los inhibidores de la β-lactamasa se observó cuando estos agentes se utilizaron en combinación con las cefalosporinas. Del mismo modo, las enzimas ESBL con resistencia al inhibidor más tradicional de la β-lactamasa son muy amplias. Estos datos nos enseñan que la coevolución nunca se detiene. Las bacterias tienen una fuerte capacidad de encontrar una manera de sobrevivir a esta particular estrategia del adyuvante, proporcionando así la necesidad de tratar de forma constante de encontrar nuevos y más potentes fármacos antimicrobianos y adyuvantes.
Inhibidores de la bomba
La expresión incrementada de la bomba de salida es un mecanismo importante de la resistencia bacteriana que provoca la expulsión del antibiótico de las células bacterianas. En las bacterias Gram-negativas, el ritmo lento de absorción de los antibióticos a través de la membrana externa semipermeable actúa para hacer que estos organismos sean resistentes de manera primitiva a los medicamentos que son buenos en el flujo de salida de la bomba y menos susceptibles de forma considerable a los sustratos de bombas de flujo de salida incluso pobres. Este problema es una limitación principal en los intentos para desarrollar nuevos antibióticos. La inhibición de la bomba es una estrategia que podría restablecer la potencia de los antibióticos actuales contra bacterias resistentes y tal vez impulsar el desarrollo de nuevos antibióticos.
Las bombas de flujo de salida RND están involucradas en la resistencia intrínseca en muchos Gram negativos, y cuando se activan de un estado latente conducen a un fenotipo de multirresistencia en las Enterobacteriaceae y Pseudomonas aeruginosa. Por lo tanto, son dianas potenciales para nuevos agentes que podrían restaurar la susceptibilidad a los diferentes antibióticos. Entre los posibles inhibidores está el permeabilizador dual y el inhibidor de bomba del flujo de salida, fenilalanina-arginina ß-naftilamida (PAßN). Este compuesto inhibe la acción de muchas bombas de flujo de salida de la familia RND y es capaz de reducir la resistencia intrínseca y mutacional de múltiples antibióticos. Sin embargo, a pesar del hecho de que su actividad se conoce desde hace más de una década, aún no se progresó para llegar a la clínica.
Otro objetivo que es un foco de considerable investigación es la bomba de salida de la bomba NorA del S. aureus, que confiere resistencia a varios agentes antimicrobianos incluidos las fluoroquinolonas, lo que resulta en un fenotipo resistente a múltiples drogas. Muchos compuestos de una variedad de fuentes y diferentes clases se probaron por su capacidad para desactivar la bomba de NorA y restaurar la actividad antibiótica frente a S. aureus resistente. La investigación también se llevó a cabo para manejar las fluoroquinolonas para evitar el flujo de salida a través de las bombas NorA para mejorar su eficacia antimicrobiana. Este enfoque condujo al desarrollo de medicamentos como el garenoxacino (Una topoisomerasa IV dual e inhibidor del ADN de la girasa) y el compuesto principal DX-619 (un inhibidor de la topoisomerasa tipo II).
Las bombas de salida de múltiples fármacos también se describen como un mecanismo de resistencia en micobacterias. Los productos naturales son un foco central en la búsqueda de inhibidores de estas bombas, en contraste con la situación con los inhibidores de β-lactamasas y NorA, que principalmente se producen de forma sintética. Entre estos derivados naturales se encuentran el bonducellin, una homoisoflavona que se purifica de la raíz Caesalpinia digyna. Como una prueba de principio, esta sustancia es capaz de crear sinergias con el bromuro de etidio contra la resistencia de Mycobacterium smegmatis, aunque este agente no es un antibiótico comercial.
Otra posibilidad para la reducción de los efectos deletéreos de bombas de salida implica la utilización de ácidos nucleicos peptídicos, también conocidos como los PNAs. Los PNAs son homólogos sintéticos del ácido nucleico en los que el fosfato del polinucleótido se sustituye por un polímero pseudopéptido flexible. Los PNAs actúan como mediadores silenciosos por medio de la unión con alta especificidad del ADN complementario y el ARN secuencial e inhiben la expresión y la traducción de genes. Un compuesto PNA se utilizó para sensibilizar a Campylobacter jejuni al disminuir la expresión de la bomba de flujo de salida CmeABC, que por lo común confiere resistencia a varios antimicrobianos, como la ciprofloxacina y la eritromicina.
Por último, la medicina tradicional también aisló varios extractos de plantas con la capacidad de disminuir la actividad de la bomba de inhibidores. Esto demuestra que la exploración de nuevas fuentes de adyuvantes también puede contribuir a la reducción de la resistencia bacteriana mediante la mejora de las posibilidades de encontrar compuestos nuevos y útiles.
Permeabilizadores de la membrana externa
Las bacterias Gram-negativas son intrínsecamente resistentes a la mayoría de los antibióticos debido a la permeabilidad de la barrera proporcionada por la membrana externa. La membrana externa es una barrera semipermeable que comprende una bicapa asimétrica perforada por las proteínas formadoras de canales llamadas porinas. El área de canales por los que los antibióticos hidrofilicos como, por ejemplo, los β-lactámicos pueden pasar es bastante pequeño (<1% de la superficie) y por lo tanto restringe la tasa de absorción en la célula, lo que lleva a una mayor eficacia de otros mecanismos de resistencia, tales como β-lactamasas y bombas de expulsión. La capa externa de la membrana externa es ocupada por la inusual molécula polianiónica lipopolisacárida (LPS), que se estabiliza por el puente cruzado de cationes divalentes. Esto sirve para restringir el paso de fármacos hidrofóbicos que no se pueden sumar de manera fácil en la membrana pero también proporciona una oportunidad. Los agentes que extraen o desplazan cationes divalentes de esta membrana hacen que se vuelva cada vez más permeable tanto a las sustancias hidrófobas como hidrófilas e incluso a pequeñas proteínas como la lisozima. De hecho, existen varios policationes, por ejemplo, polimixinas, aminoglucósidos, péptidos antimicrobianos catiónicos, y macrólidos dinámicos (azitromicina), que interactúan en este sitio exterior de la membrana y hacen que la membrana externa se desestabilice de forma local y por lo tanto permeable a la interacción del policatión, un proceso denominado “captación autopromovida”. Al mismo tiempo, otros compuestos, incluidos los antibióticos, pueden penetrar de manera más fácil a la membrana permeabilizada.
Por lo tanto, los permeabilizadores representan un método por el cual la actividad de los antibióticos, muy limitada por la presencia de la membrana externa, se puede aumentar. Estos compuestos son de forma típica catiónicos y anfifílicos o quelantes, que puede desarrollarse a partir de los péptidos, compuestos similares a péptidos, polímeros o lípidos como por ejemplo, los péptidos antimicrobianos y el ácido cólico. Estas propiedades fisicoquímicas son bastante generales, y, en consecuencia, algunos agentes son mucho más eficaces como permeabilizadores que otros. Un estudio examinó la capacidad de diversos compuestos para la permeabilidad de la membrana externa de las cepas de P. aeruginosa y demostró la eficacia del ácido cítrico, la poli-L-lisina, el EDTA y el nonapetido polimixina B (PMBN; una versión desacilada de la polimixina sin actividad antibiótica pero que conserva la actividad permeabilizante de la membrana externa de la polimixina B). Otras investigaciones demostraron que los péptidos catiónicos se absorben por absorción autopromovida y por consiguiente pueden actuar como permeabilizadores lo que demuestra sinergia en la bomba de salida de la P. eruginosa que aumenta la expresión de decolaciones con ciprofloxacina, carbenicilina, y ácido nalidíxico. Al mejorar la actividad bactericida del bacteriófago endolisina EL188 también se investigó y se demostró la sinergia con el EDTA, el ácido cítrico, la poli-L-lisina, y el permeabilizador PMBN. En otro ejemplo se utilizaron diaminas para mejorar la permeabilizacion de la membrana, lo que mostró una mejora de los efectos bactericidas causados por la novobiocina y la tirocidina y una inducción de fuga de K+ desde el citoplasma bacteriano.
Las poliaminas naturales exógenas demostraron mejorar la susceptibilidad de la P. aeruginosa a diferentes antibióticos, como el ácido nalidíxico, el trimetoprim, los β-lactámicos, y el cloranfenicol. Sin embargo, estos mismos compuestos no fueron capaces de mejorar la eficiencia de la novobiocina, la eritromicina y el ácido fusídico. Esto hizo que los autores propusieran que la mejora de la sensibilidad a los antibióticos causada por poliaminas es diferente de la asociada con otros compuestos tales como EDTA y PMBN.
Los productos naturales también se evaluaron como agentes para sensibilizar a bacterias Gram-negativas a diferentes antibióticos. En este contexto, la utilización de permeabilizadores de la membrana externa a partir de diferentes fuentes combinadas con antibióticos proporciona, de manera teórica, medios adicionales para controlar el crecimiento de bacterias resistentes. De forma alternativa, los antibióticos policatiónicos conocidos que interactúan de manera directa con la membrana externa deben demostrar una excelente sinergia en combinación.
Aunque los permeabilizadores de membrana externa fueron un foco de investigación durante muchos años, ninguno tuvo éxito en el mercado. Las membranas de los procariotas y eucariotas se componen de diferentes lípidos, por lo tanto hubo problemas con ciertos permeabilizadores (en particular ácido cólico y sus derivados) que muestran una falta de especificidad bacteriana mientras que el nonapepitdo de polimixina B demostró toxicidad en los primeros ensayos clínicos. Además, se demostró que algunos de estos compuestos también alteran el metabolismo de los lípidos en las células eucariotas, que los hace inadecuados para utilizar en seres humanos. Quizás una mejor manera de avanzar sería desestabilizar la membrana externa mediante el uso de péptidos antimicrobianos inmunomoduladores (discutidos a continuación) o por la inhibición de los pasos esenciales de la biosíntesis de lipopolisacárido (por ejemplo LpxC, LpxH).
Adyuvantes dirigidos contra biofilms resistentes adaptados
En aproximadamente 65% de las infecciones, las bacterias crecen como biofilms, que son comunidades estructuradas de organismos en crecimiento sobre las superficies. En este estado de crecimiento, típico de infecciones crónicas y relacionadas con el dispositivo, las bacterias se hacen de forma adaptativa de 10 a 1000 veces más resistentes a los antibióticos. Como nueva clase de adyuvante, se demostró que el péptido 1018 no sólo tuvo actividad antibiofilm de amplio espectro, sino también hizo gran sinergia con antibióticos muy utilizados (ceftazidima, tobramicina, imipenem y ciprofloxacino). También se demostró de forma previa que tanto el péptido humano LL-37 y el péptido sintético 1037 evitan la formación de biofilms en concentraciones que son sólo fracciones de sus MICs. Muchos otros agentes antibiofilm están en desarrollo y se discutieron de manera reciente.
Medicamentos antivirulencia
Los medicamentos antimicrobianos tradicionales actúan de forma bacteriostática o bactericida para eliminar patógenos microbianos. Ellos tiene como diana los productos de genes que actúan en los procesos que son esenciales para la supervivencia bacteriana, tales como la síntesis de la pared celular y el metabolismo de los folatos, aunque de manera curiosa suelen ser desarrollados por sus actividades contra las bacterias que crecen in vitro en soluciones libres en lugar de, por ejemplo, in vivo en el estado de crecimiento de biofilms posiblemente más natural. La selectividad de especies de estos fármacos puede ser de amplio o bajo espectro, pero nunca se dirigen de forma exclusiva contra especies patógenas. En contraste, los medicamentos antivirulencia tienen como diana los productos de genes llamados factores de virulencia que se expresan de una manera específica a la bacteria bajo condiciones de infección, y que no son esenciales para la variabilidad bacteriana sino más bien son necesarios para la patogénesis. Ciertos factores de virulencia que desempeñan papeles ofensivos, como las toxinas y la destrucción de las enzimas de la célula huésped (en comparación con más factores de interacción del hospedero como el pili), en su mayoría están ausentes en especies no patogénicas. Los factores de virulencia son parte integral del proceso de la enfermedad, y en su ausencia, las bacterias son por lo general incapaces de causar una infección patológica en el hospedero humano. El sistema inmune del huésped puede trabajar con mayor eficacia contra cualquier patógeno potencial en ausencia de factores de virulencia y la flora local también puede ser capaz de retirar los patógenos. Hay precedentes claros de que funciona atacar a los factores de virulencia y, por ejemplo, muchas vacunas bacterianas están dirigidas en su totalidad o en una parte para generar anticuerpos para neutralizar toxinas u otros factores de virulencia. Una característica atractiva de esta estrategia es que los medicamentos dirigidos contra factores de virulencia pueden ser menos probables que provoquen resistencia fenotípica ya que no interrumpen las vías que son esenciales para la viabilidad, y es poco probable que interrumpan la flora normal. Aunque la mayoría de los medicamentos antivirulencia se desarrollan de manera independiente de su capacidad de actuar con antimicrobianos, es probable que se usen en terapias combinadas. Será interesante observar qué tipos de efectos combinados se producen cuando los compuestos antivirulencia y antimicrobianos se usan juntos. Los objetivos de los medicamentos antiinfecciosos incluyen percepción de quórum, sistemas de secreción tipo II / III, toxinas, y biofilms sólo por nombrar unos pocos.
Inhibidores de percepción de quórum
La percepción de quórum (QS) es un proceso mediante el cual los microbios son capaces de sentir cuando las células alcanzan una cierta densidad de población (quórum) por medio de la producción, la secreción en su entorno, la captación y la unión del receptor de moléculas difusibles específicas. Los sistemas QS se descubrieron primero en las especies de Vibrio productoras de luz, pero desde entonces se identificaron en una gama amplia, tanto de bacterias gram-negativas y gram-positivas. La QS es de primordial importancia en ciertas especies patógenas, ya que muchos de los genes que controlan la producción de factores de virulencia están regulados por las cascadas de transmisión de señales, iniciadas por la unión de ligandos QS a su receptor. La QS también demostró que desempeña un papel en la formación de biofilms. Los sistemas de QS de Pseudomonas aeruginosa son quizás los mejor estudiados de cualquier bacteria, y este organismo se utiliza de manera amplia como un modelo para estudios del sistema QS. La Pseudomonas aeruginosa tiene dos sistemas de lactona homoserina acilo, que juntos controlan la transcripción de casi 9% de los genes en este organismo. El sistema Las produce la molécula de transmisión de señales lactosa N-3-oxododecanoil-homoserina, que puede unirse tanto a su propio receptor (LasR) y al receptor huérfano QscR. El segundo sistema lactona homoserina es el sistema Rhl, que sintetiza lactona N-butirilhomoserina. Esta molécula se une al receptor RhIR. Estos dos sistemas son jerárquicos como expresión del receptor RhIR que es controlado por el sistema Las. Además de los dos sistemas QS lactona homoserina, la P. aeruginosa también produce la quinolona 2-heptil-3-hidroxi-4, que se une al receptor PqsR.
La unión de moléculas de QS a sus receptores en la P. aeruginosa induce de manera específica la expresión de genes que codifican para diversos factores de virulencia, como lectinas, cianuro de hidrógeno, proteasa alcalina, exotoxina A, elastasa, fenazina, piocianina y ramnolípidos. La mutación de lasI (la proteína que sintetiza la lactona N-3-oxododecanoil homoserina) se demostró que inhibe (pero no previene) la formación de biofilms, que son importantes en la colonización de determinados pacientes, como los individuos con fibrosis quística. Por otra parte, las mutaciones LasI y LasR también demostraron que disminuyen la virulencia, en modelos de ratones con una herida por quemadura.
Como la QS se encuentra por encima de la expresión de muchos genes de factores de virulencia (algunos de los cuales son directamente tóxicos para los animales) y es importante para la formación de biofilms, los compuestos que inhiben estos procesos son una clase de agentes terapéuticos que pueden funcionar bien como adyuvantes antimicrobianos. Debe notarse que los sistemas QS también están presentes en varias especies no patógenas. Por lo tanto, se debe tener cuidado para asegurar que los inhibidores de estos sistemas sean específico al patógeno. Hay varias formas en que se puede inhibir la QS. Un método consiste en interferir con la unión de las moléculas de transmisión de señales de QS a sus receptores. Bassler y sus colegas demostraron que la meta-bromo-tiolactona no sólo impide la expresión del factor de virulencia y la formación de biofilm, sino también protege a C. elegans y células pulmonares humanas A549 de morir por P. aeruginosa. Tan y sus colegas llevaron a cabo un cribado virtual de una biblioteca de recursos naturales compuestos y pudieron identificar cinco que se unen a la proteína LasR en la P. aeruginosa y alteran la expresión genética. De manera notable, los niveles de varios factores de virulencia regulados por lasR se redujeron en las células. El inhibidor más prometedor también fue capaz de disminuir la cantidad de liberación extracelular de DNA por P. aeruginosa en los biofilms. Otro grupo descubrió un inhibidor del sistema QS Agr del S. aureus que nombraron savirin. Este compuesto se encontró durante un cribado virtual y es capaz de reducir de manera significativa la expresión de genes regulados por el sistema QS Agr. Además, mejora la muerte bacteriana mediada por macrófagos-múridos, aumenta la defensa del huésped-múrido a la exposición bacteriana, y provoca una menor resistencia a la respuesta de bacterias que los antibióticos tradicionales Un producto natural furanone fue capaz de inhibir a formación de biofilms P. aeruginosa, lo que protege de manera modesta a los ratones frente a infecciones crónicas de Pseudomonas y actuar de manera sinérgica contra los biofilms con el antibiótico tobramicina.
Otro método de inhibición de QS en bacterias es destruir las moléculas sensibles al quórum por sí mismas. Se demostró que múltiples enzimas son capaces de escindir tanto a las acilo homoserina lactonas y las quinolonas producidas por diversas especies en moléculas que no pueden unirse a los receptores de QS. Chow y colaboradores, de forma reciente elaboraron una lactonasa y demostraron que su acción disminuyó de manera significativa el espesor y la masa de los biofilms formados por Acinetobacter baumannii. Un tercer método para interrumpir las bacterias QS es detener la producción de moléculas de QS en primer lugar mediante la inhibición de las enzimas que las sintetizaron, tales como lasI y rhlI. Una pantalla de alto rendimiento para tales inhibidores reveló dos que estaban activos en contra de la homoserina lactona acilo sintasa tanto de Burkholderia mallei Bmal1 y Yersinia pestis Yspl. Estos inhibidores también mostraron actividad en un ensayo basado en células y el compuesto más potente parecía unir la enzima en una forma no competitiva.
Inhibidores de la toxina bacteriana
Las toxinas son factores de virulencia capaces de matar las células del hospedero y/o modular una variedad de sistemas de células eucariotas como la transmisión celular de señales, el transporte, la integridad de la membrana y el citoesqueleto. Por ejemplo, la toxina Shiga de la Shigella dysenteriae y las similares a las toxinas de Shiga de Escherichia coli causan disentería y las enfermedades transmitidas por los alimentos que pueden conducir a una insuficiencia renal. Estas toxinas se componen de dos tipos de subunidades (A y B). Las subunidades B son responsables de la unión a la superficie de la célula huésped, mientras que la subunidad A es la toxina activa. La subunidad A se endocita en la célula y funciona mediante la unión de un enlace N-glicosídico en la porción 28S del rRNA. Esto detiene la síntesis de proteínas. El Clostridium difficile (que causa diarrea grave) también segrega dos toxinas mientras se encuentra en el intestino humano. Estas toxinas (TcdA y tcdB) se internalizan por las células mediante vesículas recubiertas de clatrina. Las toxinas se unen por sí solas dentro de la célula huésped y sus dominios de glucosiltransferasa desactivan las GTPAsas Rac, Rho y otras. Las alfatoxinas de Staphylococcus aureus forman poros en las membranas celulares del hospedero que permiten que ciertos cationes, ATP y pequeñas moléculas pasen a través de ellos. Este proceso conduce a la lisis celular.
Independientemente del método de acción de la toxina, los esfuerzos farmacéuticos más actuales para detener los efectos de las toxinas bacterianas se centran en los anticuerpos específicos a la toxina. Un anticuerpo alfatoxina del S.aureus está actualmente en la fase I de ensayos clínicos (NCT01769417), mientras que la seguridad y la farmacocinética de un anticuerpo de la toxina de E. coli similar a Shiga 2 llamado urtoxazumab se evaluó de forma reciente de manera positiva en un estudio en humanos. Los anticuerpos de toxinas también se utilizan como tratamiento adyuvante en tratamientos de antibiótico para infecciones por C. difficile. Una dosis de dos anticuerpos monoclonales contra las toxinas de C. difficile TcdA y tcdB junto con metronidazol o vancomicina disminuyó la tasa de reinfección en 31%. La reinfección después del tratamiento con antibióticos es muy común entre pacientes con C. difficile (38% de los pacientes tratados sólo con antibióticos en este estudio presentaron reinfección); por lo tanto, este doble tratamiento compuesto de antibióticos y anticuerpos es particularmente prometedor.
Sistemas secretores de inhibición tipo II/III
Los sistemas de secreción tipo (T2SS) se utilizan por una gama amplia de bacterias Gram-negativas patógenas y no patógenas para exportar proteínas dobladas al exterior de la célula. Además, el T2SS se puede utilizar en el montaje de los organelos de superficie de la célula tales como flagelos y pili. El sistema en sí se compone de 12 o más tipos de subunidades de proteínas, según la especie. Las proteínas que se secretan por el T2SS primero llegan al periplasma por medio de la vía Sec o la vía Tat. El T2SS después transporta las proteínas a través de la membrana externa. Algunas de estas proteínas secretadas están implicadas en la virulencia bacteriana, tales como la metaloproteasa elastasa, la fosfolipasa C hemolítica [ambas secretados por P. aeruginosa], y la membrana externa lipoproteína de SslE de E. coli enteropatógena que se requiere para la formación de biofilms.
Como los T2SS no están involucrados de forma exclusiva en la virulencia, y muchas bacterias no virulentas lo tienen, hubo menos investigación en los métodos de inhibición de este sistema que de otros determinantes de virulencia, tales como las toxinas. Sin embargo, hubo algo de trabajo en esta área, ya que varios sustratos T2SS son factores de virulencia. Por ejemplo, Moir y colegas, desarrollaron un ensayo de detección bioluminiscente de alto rendimiento de inhibidores T2SS. Aunque ninguno de los compuestos fue capaz de inhibir la translocacion de la β lactamasa mediada por Sec en el periplasma, nueve compuestos suprimieron la secreción de la elastasa de P. aeruginosa. Siete de estos compuestos también suprimieron la secreción de la fosfolipasa C. La mayoría de las investigaciones en el área de T2SS se enfocaron en los inhibidores de Sec en lugar de los inhibidores del aparato de secreción de tipo II en sí. Esto puede deberse al hecho de que la vía Sec está presente tanto en bacterias Gram-negativas y Gram-positivas, exporta una amplia gama de proteínas desde el citoplasma, y algunos de los genes involucrados son esenciales para la viabilidad. Por lo tanto, los compuestos que inhiben la maquinaria caen en la categoria Sec de antimicrobianos tradicionales en lugar de medicamentos antivirulencia.
Los sistemas de secreción tipo III (T3SS) son factores de virulencia de ciertos patógenos Gram-negativos como P. aeruginosa, Yersinia pestis, Salmonella spp., Chlamydia spp., E. coli, y Vibrio spp. Ellos comprenden 14 o más proteínas (según la especie) que ensamblan en una manera de paso a paso estructuras complejas que abarcan tanto las membranas bacterianas internas y externas y se pueden extender a la membrana de la célula huésped eucariota. Actúan como jeringas moleculares que transfieren primero su propio receptor celular del huésped mamífero y posteriormente moléculas efectoras bacterianas de manera directa en el citoplasma de la célula huésped. Las moléculas efectoras tienen como diana múltiples tipos de células huésped, como los del sistema innato inmune para promover la colonización del hospedero. Los efectores de varias bacterias demostraron modificar la exportación de proteínas desde el golgi, las uniones estrechas entre las células, la despolimerización de la actina, la polaridad de la membrana mitocondrial, integridad de la membrana, la división celular, la fagocitosis, la migración celular, y causar la muerte celular.
Hay varios mecanismos que podrían utilizarse para dirigirse hacia el T3SS. Estas estrategias se dividen en dos grandes categorías: la prevención de la expresión de genes que codifican jeringa molecular o los efectores e interferir con el montaje/actividad de la jeringa. Yamazaki y colaboradores identificaron dos compuestos fenólicos que caen en la primera categoría. Estos compuestos causaron casi ninguna inhibición del crecimiento de P. aeruginosa, pero disminuyeron de forma significativa la producción de los efectores exoS. Esto fue debido a una disminución en la transcripción de rsmY y rsmZ, que son pequeños RNAs que actúan de forma postranscripcional en la P. aeruginosa. Una clase de compuestos llamada el acilhidrazido salicilideno también fue un foco de reciente investigación. Kauppi y colaboradores realizaron un estudio de cribado de una biblioteca química con un ensayo genético de inhibidores de Yersinia pseudotuberculosis T3SS. Identificaron tres compuestos que tenían leve o ningún efecto sobre el crecimiento bacteriano, pero con reducción de la expresión T3SS a 20% o menos del control en concentraciones de entre 10 y 50 μg. Tree y colaboradores examinaron los efectos de cuatro miembros de la misma clase de compuestos en la E. coli O157:H7 y una gama de otros brotes aislados de E. coli. La presencia de los acilhidrazidos salicilidenos previno la expresión de E. coli O157:H7 T3SS en el cultivo e inhibió la unión bacteriana a las células de la especie bovina. Estos compuestos afectaron la expresión de genes asociados con virulencia en los aislados a varios grados. Con la cromatografía de afinidad, Wang y colaboradores identificaron tres proteínas bacterianas que fijan a los acilhidrazidos salicilidenos, llamadas Tpx (una peroxidasa de tiol), WrbA (una oxidorreductasa quinona NAD(P)H), y FolX (una dihidroneopterina-tri-P-epimerasa). Ellos propusieron un mecanismo por el cual los acilhidrazidos salicilidenos refuerzan la acción represiva de Tpx y WrbA en el T3SS.
Larzabal y colaboradores diseñaron dos péptidos de 15 aminoácidos, (CoiIA y CoilB) que interactúan con el dominio C-terminal de EspA, un componente de T3SS. La administración de estos péptidos previno la hemólisis de glóbulos rojos por E. coli enteropatógena y enterohemorrágica debido a la inhibición de T3SS. Tanto la polimerización de la secreción de EspA y la secreción efectora en células eucariotas se redujeron. Además, en un modelo de ratón de infección con Citrobacter rodentium (equivalente a la E. coli enteropatógena en ratones), la presencia de los péptidos bloqueó el daño al colon. Otro compuesto que se identificó como un inhibidor de T3SS en un estudio de cribado fue aurodox. El aurodox se produce de forma natural por algunas especies de Streptomyces y es un antibiótico que inhibe EF-TU en ciertas bacterias. En un estudio de cribado, el compuesto no afectó el crecimiento bacteriano en concentraciones por debajo de 40 μg/ml pero en sólo a 1.5 μg/ml, se observó in vitro una disminución en la hemólisis mediada por T3SS por E. coli enteropatógena. Además, se detectó un aumento en la supervivencia en un modelo ratón de infección de C. rodentium con aurodox en comparación con la tetraciclina. El mecanismo por el cual el aurodox afecta a la secreción de tipo III no está claro.
Medicamentos antivirulencia en perspectiva
Los medicamentos antivirulencia pueden plantear más obstáculos para el desarrollo que los antibióticos convencionales, ya que se dirigen de forma ideal únicamente hacia patógenos (y en ocasiones géneros de bacterias individuales) en lugar de grandes grupos de procariotas y pueden ser muy específicos debido a la heterogeneidad masiva en los sistemas de virulencia en bacterias. Su eficacia puede ser más difícil de determinar. Por ejemplo, la mayor prueba para la acción antibiótica convencional es la inhibición del crecimiento bacteriano. Sin embargo, inhibir los factores de virulencia no debería causar una disminución en el crecimiento de las bacterias fuera de sus hospederos. Las mediciones estándar de MIC no son posibles para estos compuestos. Por lo tanto, se requieren más pronto en el desarrollo modelos costosos de infección en animales para probar cuáles de un panel de medicamentos antivirulencia son más eficaces. Las medidas de eficacia deben confiar en la capacidad de los fármacos para eliminar las infecciones en los animales. Esto complica la determinación de una dosis óptima. Sin embargo, muchos investigadores creen que estas terapias son mucho menos propensas a ejercer presión evolutiva para desarrollar resistencia en las bacterias que los antibióticos. Es debido al hecho de que las drogas antivirulencia no impiden el crecimiento microbiano bajo la mayoría de condiciones y sólo actúan cuando los factores de virulencia se expresan. Los factores de virulencia no son por lo general necesarios para la supervivencia bacteriana, sino más bien sirven en la patogénesis.
Obstáculos adicionales para el desarrollo de medicamentos antivirulencia existen, incluida la cuestión si este tipo de terapias se puede dar después de que ya se estableció una infección, o si deben tomarse como profilaxis en situaciones de riesgo alto. Si estos medicamentos causan sinergia con antimicrobianos existentes, se podría visualizar una combinación de tratamiento antivirulencia y antimicrobiana para las infecciones. Sin embargo, con el fin de drogas antivirulencia para llegar a esta etapa, deben ser rigurosamente evaluados en ensayos clínicos, donde las dosis de combinación tendrían que ser valorada. Para ciertos medicamentos antivirulencia, la entrada en las células bacterianas es también un obstáculo para despejar el camino hacia el desarrollo. Esto no es un problema para los inhibidores de la toxina que actúan fuera de la célula. Sin embargo, los inhibidores que funcionan mediante la represión de la expresión genética inducida por el quórum o los medicamentos que actúan para bloquear la formación de T3SS serían necesarios para limpiar la membrana externa de Gram negativos.
Un ensayo clínico (NCT00610623) destinado a probar los efectos de inhibir la percepción del quórum en los pacientes hospitalizados con ventiladores que se colonizaron con P. aeruginosa. Ellos utilizaron el macrólido azitromicina que puede actuar como inhibidor de la QS y también tiene poca actividad anti-Pseudomonas. Antes del tratamiento con azitromicina, las poblaciones de P. aeruginosa se componían de células de tipo salvaje y mutantes QS menos virulentas y estas últimas aumentaron con el tiempo en ausencia de tratamiento. La azitromicina inhibió la QS y aumento la proporción celular del tipo salvaje sin moléculas QS adicionales en el medio ambiente, las mutantes QS dejaron de replicarse de forma eficiente. Se realizó otro estudio que examinó la capacidad de los mutantes QS de P. aeruginosa para propagarse en cultivos que crecen en un medio mínimo en presencia de furanona brominada C-30 (un inhibidor QS), donde se utilizó la adenosina como una fuente de carbono para imitar las condiciones de infección. Se encontró que los mutantes QS aumentaron en frecuencia y que eran más virulentos en un modelo de infección de C. elegans. Para que un fármaco antivirulencia tenga una posibilidad de provocar una disminución en la resistencia bacteriana, no debe afectar de forma negativa el crecimiento bacteriano. Estos estudios sugieren que la selección presionada debe examinarse más para medicamentos antivirulencia para determinar cuál estrategia antivirulencia tienen de manera potencial menos resistencia. Esto es en especial cierto en el caso de infecciones crónicas, que puede ser más difíciles de eliminar y donde la posibilidad de enriquecer la proporción de genotipos más virulentos sobre un periodo de tratamiento largo es posible.
Terapias dirigidas al hospedero
El sistema inmune innato es la primera línea del cuerpo de defensa contra las infecciones bacterianas. A diferencia del sistema inmune adaptativo, esta rama del sistema inmunológico está preparada para responder de forma inmediata a los agentes patógenos. Los patógenos poseen firmas químicas distintas (también denominadas patrones moleculares asociados a patógenos) que se reconocen por una variedad de receptores de patrones de reconocimiento (PRRs) situados en la superficie de la célula, en el citoplasma y dentro de los endosomas de las células dendríticas y los macrófagos. Los RRP se dividen en tres categorías principales: los receptores tipo Toll (TLRs), los receptores tipo RIG-I (RLRs), y los receptores NOD.
Hay diez TLRs en los seres humanos, cada uno de los cuales tiene una afinidad específica para ciertas moléculas. La mayoría de los TLRs reconocen bacterias y sus proteínas específicas, lípidos, nucleótidos, y otros componentes. De los TLRs que reconocen firmas bacterianas, todos se encuentran en la superficie de la célula, excepto 3, 7, y 9, que se asocian con endosomas. La unión de una molécula de la firma bacteriana a una TLR inicia una cascada de transmisión de señales instigada por la activación dependiente de MyD88 y/o independiente de MyD88 y muchas otras vías de transducción de señales y que lleva a numerosas funciones efectoras, como la transcripción de citocinas proinflamatorias y/o interferones de tipo I.
Los RLRs se encuentran en el citoplasma y se dedican a la detección de virus, bacterias intracelulares y parásitos mediante su material genético/polinucleótidos. La activación de la transmisión de señales de RLR conduce a una cascada mediada por TRAF-3 que lleva a la producción de interferones de tipo I. Los receptores NOD son una gran familia de proteínas que forman complejos multiproteicos en el citoplasma. Sus ligandos van desde bacterias derivadas de muramil dipéptido a hongos, virus, y flagelina. El complejo inflamasoma, que se induce por esta y otras vías dirigidas por PRR, activa la caspasa sobre la unión del ligando, lo que a su vez escinde la pro-IL-1β en su forma activa (pro-inflamatoria). Otro receptores NOD inician cascadas de transmisión de señales sobre los ligando vinculantes que resultan directamente en la producción de citocinas proinflamatorias.
En consecuencia las funciones efectoras clave de la inmunidad innata incluyen funciones de protección, como el reclutamiento de células inmunes, su activación mediante la activación o la diferenciación de las vías de transducción de señales, y la mejora de la limpia microbiana dada principalmente por fagocitosis, así como las citocinas proinflamatorias y los procesos que pueden ser de apoyo cuando se inducen de forma moderada pero potencialmente dañinos si se producen de forma excesiva. En última instancia la clave para manipular la inmunidad innata para el beneficio terapéutico consiste en estimular la inmunidad protectora mientras evitan las respuestas inflamatorias excesivas y potencialmente nocivas.
Agonistas del sistema inmune innato como adyuvantes de las vacunas
Ya que las armaduras bacterianas son fuertes estimulantes del sistema inmunológico, muchas se estudian como adyuvantes para potenciar la inmunogenicidad en una amplia gama de vacunas. Los agonistas naturales de los TLR y los agonistas sintéticos robustos tales como polinosínico: ácido policitidílico (poli I: C; agonista TLR3) y los oligonucleótidos CpG (agonista TLR9) se estudiaron en esta capacidad. Estos agonistas desataron una cascada que desencadena la maduración de las células dendríticas y la presentación de antígenos y activa las células inmunes para secretar citocinas.
Otro ejemplo involucra un ensayo clínico de fase I que se encuentra actualmente en desarrollo, una vacuna contra la Yersinia pestis, agente causante de la peste bubónica y neumónica (NCT01381744). La vacuna se compone de flagelina (un potente agonista TLR5) y antígenos de Y. pestis F1 y V. Se espera que la vacuna proteja individuos inoculados contra la peste neumónica. En otro estudio reciente llevado a cabo en ratones por Orr et al, se concluyó que el uso de la emulsión estable del adyuvante lípido glucopiranosil (GLA-SE), (un ligando TLR4), y el ADN que contiene CpG (un ligando TLR9) como adyuvantes en una vacuna de la subunidad de M. tuberculosis tuvo un efecto sinérgico en el aumento de la inmunidad al desafío bacteriano. Los autores proponen que esta sinergia puede deberse a la activación de ambas vías de transmisión de señales MyD88 y TRIF. Múltiples PRRs también se estimulan por las vacunas YF-17D (fiebre amarilla) e Infanrix (Difteria, tétanos, tos ferina, poliomielitis e influenza) (así como otros), para lograr una mayor respuesta inmune.
Péptidos inmunomoduladores
Otro método de modulación del sistema inmune es el uso de péptidos inmunomoduladores para controlar la respuesta inmune a las infecciones. Los péptidos inmunomoduladores son de origen natural y componentes de nuestro sistema inmunitario innato que ayudan al cuerpo en el reconocimiento y el aclaramiento de los patógenos. Tales péptidos son cortos (menores de 50 aminoácidos de longitud), anfipáticos, catiónicos y también puede tener una acción bactericida directa contra una amplia gama de bacterias. Por ejemplo, la actividad del péptido de defensa innata LL-37 está bien caracterizada. Este péptido está presente de forma natural en el cuerpo humano en concentraciones de hasta 5 μg/ml. LL-37 muestra actividad antimicrobiana débil pero es capaz de ejercer una gran influencia en el sistema inmune innato. La actividad de LL-37 incluye la regulación positiva de la respuesta antimicrobiana de neutrófilos y la regulación negativa de las citocinas proinflamatorias y el IFN-gamma. Este péptido incrementa la angiogénesis, la eliminación de la infección cutánea por S. Aureus, la cicatrización de heridas, y promueve la supervivencia en un modelo de ratones con sepsis por E. coli. Muchos péptidos sintéticos también se probaron por su capacidad para ayudar en la eliminación de la infección. Por ejemplo, el IDR-1018 se evaluó en una variedad de circunstancias por sus capacidades inmunomoduladoras. Es capaz de aumentar cicatrización de heridas (y es superior a LL-37 a este respecto) y aumenta la velocidad de eliminación de la infección cutánea de S. Aureus. La administración de IDR-1018 en un modelo de ratón con infección por M. tuberculosis disminuyó de forma significativa las cuentas de CFU en el pulmón, mientras que dar a ratones infectados por malaria una combinación estándar de medicamentos antimaláricos y el IDR 1018 mejoró de manera significativa las tasas de supervivencia y disminuyeron los signos de inflamación. De Forma adicional a su actividad inmunomoduladora, el IDR-1018 también tiene algunas propiedades antimicrobianas y la capacidad de actuar de manera sinérgica con muchos antibióticos para eliminar los biofilms formados por varias bacterias como P. aeruginosa y S. aureus.
El hLF1-11, un derivado de péptido de 11 aminoácidos de la proteína humana lactoferritina demostró capacidad de limpieza en infecciones similar a la gentamicina en un modelo de conejos con infección por osteomielitis. El péptido se probó en ensayos clínicos de fase I para la seguridad en pacientes voluntarios sanos y pacientes con trasplante de células madre hematopoyéticas. Algunos de los pacientes tuvieron un ligero aumento en los niveles de transaminasas, pero no se determinó si el péptido lo causó de manera directa o no. Por otro lado, el péptido fue bien tolerado. En otro estudio, un péptido de la terminal C del inhibidor de la vía del factor tisular 2 (TFPI-2), EDC34, fue eficaz en la mejora de la supervivencia del ratón con infecciones por E. coli y P. aeruginosa cuando se utilizó en combinación con ceftazidima. El péptido también demostró ser bactericida por su propia cuenta.
Los medicamentos inmunomoduladores pueden suponer un obstáculo sustancial en su creación. Por lo general, siguen el modelo de los factores que son producidos por el sistema inmune de los mamíferos, y como tales, tienen que probarse de forma amplia para la eficacia in vivo, lo que eleva los costos. El sistema inmunitario de los mamíferos difiere el uno del otro, y los fármacos que son eficaces en ratones pueden no funcionar de manera similar en los seres humanos. El sistema inmune puede ser un campo minado para navegar y las drogas pueden ser causa de problemas si se produce una sobreestimulación.
Tratamientos alternativos para infecciones bacterianas
Enormes esfuerzos se invirtieron en el descubrimiento de compuestos antimicrobianos novedosos y adyuvantes antimicrobianos para el control de infecciones bacterianas con moderado éxito hasta la fecha. Por lo tanto, muchos tratamientos alternativos están por usarse. Algunos de estos tratamientos son extremadamente modestos como sólo evitar bacterias que son capaces de causar infecciones al cocinar los alimentos frescos a temperaturas adecuadas, lavar cualquier tipo de frutas y verduras que podrían contener patógenos peligrosos potenciales, y mantener las manos limpias. Otros tratamientos inusuales y más complejos también se aplicaron, como la terapia de fagos o el uso de microorganismos competitivos. Hay evidencia de que estos métodos proporcionan al menos un mínimo de eficacia y deben considerarse como un posible sustituto en la completa ausencia de antibióticos útiles.
Sistemas de rehidratación oral
Un problema real en varias regiones pobres es la deshidratación causada por infecciones bacterianas y virales. De hecho, la deshidratación es una causa importante de morbilidad y mortalidad pediátrica en el mundo. Más de 750,000 muertes ocurren en todo el mundo en los niños menores de 5 años debido a la diarrea cada año. Uno de los métodos más antiguos que se utilizó durante siglos para tratar las enfermedades diarreicas causadas por muchos agentes patógenos es mejorar la hidratación del paciente con soluciones de rehidratación oral (ORS). La ORS puede ser agua, solución salina, una solución isosmótica casera preparada con un vaso de agua, una cucharadita de sal y una cucharada de azúcar o agua de coco similar al fluido derivado de la planta. El tratamiento con sales de rehidratación oral hizo la diferencia entre la vida y la muerte en muchos casos. El gran brote de cólera en Haití en 2010 y 2011 después del catastrófico terremoto es un ejemplo de tal caso. Este brote produjo la mayor cohorte de mujeres embarazadas con cólera hospitalizadas hasta la fecha, y que se trataron mediante las guías de tratamiento estándar del cólera, que incluyen eritromicina y la rehidratación por vía intravenosa, si el paciente está deshidratado y continuar la hidratación con ORS todo el curso de la enfermedad para reemplazar los líquidos perdidos en la diarrea. La administración repetida de ORS ayudó a evitar la deshidratación grave que es el principal factor de riesgo para la muerte del feto, en especial en las grandes epidemias, y salvar la vida de cientos de personas.
Terapia de fagos
La rehidratación es una simple medida tomada para mejorar los síntomas de las infecciones bacterianas, pero también se utilizan tratamientos más complejos, como la terapia de fagos. Los bacteriófagos son virus con rangos específicos de hospederos que atacan a las bacterias. Usar bacteriófagos no es nuevo, se aplicaron por primera vez en 1917, con una preparación oral de fagos para tratar la disentería bacteriana. Por otra parte, los fagos se utilizaron de forma amplia en países de la Unión Soviética, y empresas en los EE.UU. y Europa desarrollaron productos bacteriófagos en la década de 1930 hasta que el descubrimiento de los antibióticos condujo a una disminución de su uso. Los bacteriófagos pueden actuar ya sea en una forma lítica o lisogénica, pero afectan el crecimiento bacteriano principalmente durante los ciclos líticos. Cuando se infecta por un fago lítico, el ADN viral no se inserta en el genoma bacteriano (hospedero) y se replica por separado del ADN del hospedero. En esta circunstancia, los fagos se replican en un número elevado dentro de la célula bacteriana, lo que lleva a la lisis celular. A la finalización del ciclo, las partículas de fago recién formadas se liberan de la célula lisada. Otro fagos actúan de una manera lisogénica, mediante la cual el genoma del fago se integra en el genoma del hospedero bacteriano (como un profago), pero la bacteria continúa con su replicación normal. En este caso, el virus permanece en un estado latente (no expresado) durante períodos de tiempo prolongados y se vuelve a activar por condiciones ambientales adversas. La activación resulta en la replicación de partículas de fago y lisis de la célula hospedera.
Una característica importante de los bacteriófagos es que sus rangos de hospederos son muy específicos para ciertas bacterias, y por lo tanto, no perturban el organismo hospedero y la microflora intestinal. El tratamiento con antibióticos a menudo destruye comunidades microbianas albergadas. Los bacteriófagos pueden transportar factores de virulencia o genes tóxicos. Por lo tanto, los genomas de fagos para que se utilicen como agentes antimicrobianos deben ser secuenciados hasta que pueden identificarse los genes con similitud con factores de virulencia o toxinas conocidas. Debido a estas limitaciones, los bacteriófagos se usan más en el tratamiento de infecciones de origen animal como productos veterinarios o como anticontaminantes para suministros médicos tales como la protección antibiofilm del catéter. Aunque este tipo de terapia sólo se aprobó en Rusia, Georgia, y algunos otros países para infecciones extremas, los bacteriófagos son una estrategia clara y útil para controlar bacterias que ya no responden a los antibióticos convencionales. En tales casos, los fagos modificados de forma genética arrojan una mayor actividad contra las bacterias resistentes a los antibióticos, las células persistentes, y las células de biofilm, y también actúan como adyuvantes robustos para los antibióticos. Están programados ensayos clínicos de Fase I/II o en curso para un número de preparaciones de fagos. Una preparación se prueba actualmente como un agente tópico para infecciones de heridas por quemadura (NCT02116010), mientras que otro grupo de fagos cócteles se analiza con presentación tópica y oral para el tratamiento de infecciones postoperatorias persistentes del tracto respiratorio superior y del tracto GI (NCT00945087). En general, la administración oral y IV de fagos para la erradicación de infecciones bacterianas plantea un riesgo mucho más alto para la seguridad que la aplicación tópica, y existe la preocupación adicional de las respuestas inmunes inciertas a estos grandes cócteles antigénicos. Por lo tanto, hay considerables obstáculos regulatorios que deben eliminarse para tales terapias.
Probióticos y prebióticos
Otra opción para el control de patógenos bacterianos involucra de forma directa o indirecta aumentar el beneficio de los microorganismos dentro del cuerpo. Para lograr este objetivo, los prebióticos y los probióticos se utilizan de forma común y podrían considerarse una estrategia interesante para el control la resistencia bacteriana por medio de la competencia interespecífica. Los probióticos son microorganismos vivos no patógenos que por lo común se derivan de la microbiota gastrointestinal. Ofrecen beneficios claros para la salud humana cuando están presentes en concentraciones específicas. Los prebióticos son alimento, como la fibra vegetal especializada que nutre las bacterias útiles ya presentes en el tracto digestivo. En este caso, el cuerpo del hospedero no digiere las fibras, pero las fibras promueven el crecimiento de bacterias beneficiosas. Ambos, probióticos y prebióticos, trabajan para aumentar de manera eficaz la población de microorganismos inofensivos en el intestino para competir con y suplantar bacterias resistentes a los fármacos residentes.
El uso de probióticos y prebióticos para mejorar la salud intestinal se recomendó hace muchos años. Hoy en día, la mayoría de los probióticos son bacterias Gram-positivas resistentes a la bilis del grupo Lactobacillus e incluyen el género Lactobacillus, Enterococcus, Streptococcus, Lactococcus, Pediococcus, Bifidobacterium, y Leuconostoc. La administración de prebióticos y probióticos se vincula de forma directa a la salud humana, tales como la mejora de la barrera epitelial, la capacidad de digerir la lactosa, la capacidad de disminuir el pH, la adhesión probiótica a la mucosa intestinal y la inhibición concomitante del patógeno bacteriano, y la modulación del sistema inmune mediante la inducción del reclutamiento de células inmunes y la activación inflamatoria adecuada y las respuestas inmunitarias. Algunos probióticos son también capaces de inhibir el crecimiento de cepas patógenas por medio de la síntesis de sustancias antimicrobianas tales como grasas volátiles y ácidos biliares modificados, y bacteriocinas. Las bacteriocinas pueden ser selectivas de forma extrema para los patógenos y se utilizan para controlarlos. Estos compuestos matan a las células por formación de poros y/o por la inhibición de la síntesis de la pared celular. Varios estudios revelaron que ciertas bacteriocinas muestran potencial como agentes terapéuticos y deben estudiarse más a fondo. Una estrategia pionera se propuso que incluye la administración de probióticos que expresan péptidos antimicrobianos (AMP) para pacientes con infección bacteriana grave y resistente. Como una terapia dual con los beneficios de la combinación de la actividad antibacteriana directa AMP y la capacidad de las bacterias probióticas para inhibir la adhesión bacteriana de los patógenos a las células huésped podría ser ventajosa. Esta terapia combinada habría añadido el beneficio de las actividades inmunomoduladoras tanto de AMP y el probiótico. La utilización conjunta de los probióticos y AMP exógenos aún no se prueba en humanos.
La traducción de prebióticos, probióticos, y otras terapias alternativas que se describen en esta sección está todavía bajo debate, en especial para el tratamiento de la resistencia e infecciones graves. En todos los casos, deben considerarse como estrategias razonables para controlar la bacteria más peligrosa que se vuelve menos controlable cada día.
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Para luchar de forma eficaz contra las infecciones bacterianas, se debe trabajar para extender el tiempo de vida del repertorio actual de antibióticos. Hay muchas estrategias para hacer esto, como la restricción de la cantidad de antibióticos que se utilizan en la agricultura, reducir el número de prescripciones de antibióticos que se dan para las enfermedades no bacterianas (como la gripe), educar al público para que sean conscientes de que deben terminar la totalidad de su prescripción de antibióticos (incluso si dicen sentirse mejor), y el empleo de adyuvantes de antibióticos. El empleo de adyuvantes permitirá usar medicamentos existentes sobre microbios que desarrollaron resistencia desde hace mucho tiempo o que nunca fueron susceptibles a estos medicamentos en primer lugar. Además, mediante la utilización de un adyuvante y un antibacteriano al mismo tiempo, las probabilidades de desarrollar resistencia disminuyen. Mediante la modulación del sistema inmune innato del huésped, se puede mejorar la capacidad del cuerpo para eliminar las infecciones por medio de múltiples mecanismos. Una mayor dependencia a las terapias inmunomoduladoras se puede equiparar con la disminución de dependencia a los medicamentos antibacterianos tradicionales y nuestros cuerpos serían capaces de eliminar bacterias más virulentas. Emplear métodos de tratamiento alternativos ayudaría a disminuir la cantidad de antibióticos que se utilizan y puede alargar el tiempo requerido para la resistencia a los antibacterianos que podrían desarrollar algunas especies.
Otros puntos que se deben incluir son la duración de la vida de estos nuevos antiinfecciosos e inmunomoduladores en el medio ambiente. Muchos antibióticos persisten en el medio ambiente durante un período de tiempo prolongado después de que se excretaron. Esto puede llevar a aumentar los niveles de resistencia de los genes a antibióticos en las zonas donde los antibióticos están presentes y plantea preocupaciones con respecto a la propagación de estos genes en especies patógenas o patógenos potenciales. Aunque se cree que los medicamentos antiinfecciosos e inmunomoduladores tienen un potencial reducido para provocar resistencia en las bacterias, sería prudente asegurarse de que no se acumulan en el medio ambiente de la misma manera que los antibióticos.
Erin E. Gill, Octavio L. Franco and Robert. E. W. Hancock. Antibiotic Adjuvants: Diverse Strategies for Controlling Drug-Resistant Pathogens. Chemical Biology & Drug Design Volume 85, Issue 1, pages 56–78, January 2015
Centro Regional de Inmunología Clínica y Alergia CRAIC, Hospital Universitario “Dr. José Eleuterio González” UANL, Monterrey, México
Dra. med. Sandra Nora González Díaz Jefe y Profesor
Dra. med. Lucía Leal Villarreal Profesor
Dra. Bárbara Elizondo Villarreal Residente 2° Año
Dra. Alejandra Macías Weinmann Profesor
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