Peptidoglucano hidrolasas. El verdugo de las bacterias patógenas

Número 89

ARTÍCULO

RECIBIDO: 26/08/2024; ACEPTADO: 14/03/2025; PUBLICADO: 23/10/26

Peptidoglucano hidrolasas. El verdugo de las bacterias patógenas

Karla Gabriela Álvarez-Villagomez, Itzel del Carmen Fonseca-Barrera y Patricia Guillermina Mendoza García

Resumen

Ciertamente, los antibióticos han salvado innumerables vidas; sin embargo, su uso irracional y excesivo ha provocado que las bacterias desarrollen cada vez mayor resistencia. En la búsqueda de posibles alternativas para combatir a las bacterias patógenas, encontramos las peptidoglicano hidrolasas (PGH), un grupo de enzimas capaces de romper la pared celular y provocar la muerte de las bacterias. En este artículo se explican su función, sus efectos y las razones por las que se utilizan, con el propósito de contribuir a la concientización y educación sobre este tema.

Palabras clave: Antibióticos, enzimas, peptidoglicano hidrolasas, resistencia bacteriana.

La era de los antibióticos

Durante siglos, los microorganismos patógenos han campado a sus anchas, arrasando y llevando al borde del colapso a la humanidad en diferentes periodos. Su potencial ha quedado evidenciado desde la plaga de Justiniano (541-542) y la peste negra (1347-1351), por mencionar algunos ejemplos. Fue hasta 1928 cuando Alexander Fleming descubrió un arma generada por la disputa entre bacterias y hongos, a la que denominó penicilina, «el primer antibiótico». Gracias a este descubrimiento fue posible hacer frente a las bacterias patógenas. Catorce años más tarde se logró la producción masiva de penicilina, que salvó muchas vidas durante la Segunda Guerra Mundial (1939-1945) y, tristemente, por otro lado, también se desarrollaba la bomba atómica.

Entre 1935 y 1981 se desarrollaron numerosos antibióticos, como las sulfonamidas, las estreptomicinas, las cefalosporinas, la ampicilina y la amoxicilina, entre otros, que actualmente han sido mejorados y modificados. Estos fármacos forman parte de la medicina moderna; sin embargo, una de cada dos prescripciones es inadecuada. Una situación habitual ocurre cuando un paciente acude al médico por un resfriado o una gripe y termina con una receta que incluye antibióticos. ¡Aclaremos! La gripe y el resfriado son causados por virus; por lo tanto, un antibiótico no tendrá efecto sobre ellos. Es como intentar matar una oveja con un matamoscas. Los antibióticos solo actúan contra enfermedades causadas por bacterias, como la salmonelosis.

El uso irracional y la dependencia de los antibióticos han ejercido una presión sobre los microorganismos que favorece procesos evolutivos y ha dado lugar a la aparición de bacterias resistentes, conocidas comúnmente como «superbacterias». Entre las bacterias que pueden presentar resistencia a los antibióticos se encuentran Enterobacter, Staphylococcus, Klebsiella, Acinetobacter, Pseudomonas y Enterococcus, a las cuales se les atribuye el acrónimo ESKAPE.

La resistencia a los antimicrobianos se ha convertido en una de las amenazas más preocupantes para la salud humana en el siglo XXI y ha sido catalogada como una «pandemia silenciosa»; se estima que para el 2050 sea una de las principales causas de muerte. Entre las estrategias para retardar o evitar que esto suceda se encuentran el uso responsable de los antimicrobianos y la búsqueda de alternativas a los antibióticos de amplio espectro. En este último punto, se ha planteado que las peptidoglucano hidrolasas (PGH) podrían constituir una alternativa para combatir patógenos resistentes a los antibióticos. Pero, ¿qué son las PGH?

Para encontrar las PGH, primero ensamblemos el peptidoglucano

Peptidoglucano hidrolasa es un nombre largo y, con la práctica, probablemente puedas decirlo sin que se te trabe la lengua. Para hacerlo más fácil, primero hablaremos del peptidoglucano. Se dice que la estructura de las bacterias es muy sencilla y carece de complejidad si la comparamos con las células de animales, plantas y hongos, pero, en realidad, las bacterias tienen estructuras muy interesantes, pues cada una de ellas tiene relevancia biológica y puede proporcionar una ventaja selectiva. Si observáramos una bacteria con un microscopio electrónico, ¡por supuesto!, veríamos dos capas principales. Desde el exterior hacia el interior, encontraríamos: 1) la pared celular y 2) la membrana plasmática. En esta ocasión dejaremos a un lado la membrana plasmática y nos centraremos en la pared celular.

La pared celular es la parte más externa de la bacteria y equivale, de alguna manera, a nuestra piel. Su función es darle forma y rigidez, además de protegerla contra las agresiones externas. En gran medida, esta pared está constituida por una molécula que llamaremos peptidoglucano. ¡Espero que ya sepas pronunciarlo!

El peptidoglucano tiene forma de una red de pesca y está constituido por cadenas de azúcares que llamaremos glucanos, formados alternativamente por N-acetilglucosamina (GlcNAc) y ácido N-acetilmurámico (MurNAc). Posteriormente, para unir las cadenas de glucano y darles la apariencia de una red de pesca, necesitamos péptidos. Estos se unen al MurNAc y, posteriormente, a los péptidos vecinos para formar una red. Aunque sus componentes son siempre los mismos, su estructura y disposición pueden variar entre las distintas especies bacterianas.

Las PGH como protagonistas de esta historia

Y te preguntarás, ¿cómo se relacionan la pared celular, el peptidoglucano y las peptidoglucano hidrolasas?

Las bacterias son seres vivos que necesitan crecer, alimentarse y multiplicarse. Para ello, requieren que estas actividades sean realizadas por un grupo de proteínas que denominaremos «enzimas». Existe una vasta clasificación de estas proteínas, pero por ahora nos centraremos en las hidrolasas. «Hidro» significa ‘agua’ y «lisis», ‘romper’; esto significa que las hidrolasas utilizan agua para romper grandes moléculas. Si a este término le añadimos la palabra peptidoglucano, tendríamos peptidoglucano hidrolasa, que se refiere a la capacidad de romper los enlaces del peptidoglucano en presencia de agua.

¿Cuál es su función?

Existen dos grupos principales de PGH. En el primero encontramos las autolisinas, cuya función es romper su propio peptidoglucano, como si fueran unas tijeras, para permitir a la bacteria añadir más componentes de peptidoglucano en esos espacios y conseguir así crecer o dividirse. Es como tener una blusa a la que rompemos y añadimos más tela para hacerla más grande o para obtener dos blusas de la misma prenda. Sin embargo, la bacteria debe controlar cuidadosamente las autolisinas, ya que, si acumula cantidades excesivas de estas enzimas, podrían degradar el peptidoglucano y provocar la rotura de la bacteria.

El segundo tipo son las endolisinas, que son producidas por los bacteriófagos, es decir, virus que infectan a las bacterias. Su función es romper la pared celular bacteriana y liberar los virus que se han reproducido en el interior de la bacteria, lo que permite su propagación. Sin embargo, las endolisinas necesitan la colaboración de las holinas, proteínas producidas por los bacteriófagos que actúan formando poros en la membrana bacteriana para permitir que las endolisinas atraviesen la pared celular y la destruyan. Si lo analizáramos, sería como si la bacteria fuera secuestrada por un virus y este la obligara a autolesionarse para su propio beneficio.

El hecho de que estas enzimas actúen específicamente sobre la pared celular las convierte en un blanco potencial, pues, en la búsqueda de nuevos antimicrobianos, esta es una de las características primordiales. Estas enzimas podrían utilizarse como fuerzas letales para eliminar la pared celular de las bacterias y, como bien sabemos, una bacteria sin pared celular no es capaz de sobrevivir.

La búsqueda de bacterias y bacteriófagos productores de PGH implica localizar y aislar estos microorganismos de su hábitat natural para cultivarlos en condiciones similares y así poder estudiarlos. De ser necesario, se aplican procesos químicos o mecánicos para romper la pared celular y extraer las enzimas que se encuentran en su interior. En algunos casos, también se ha propuesto estudiar las enzimas que los microorganismos liberan al exterior. Las enzimas obtenidas se separan del resto mediante un proceso conocido como «purificación», para posteriormente medir su tamaño, analizar su estructura y composición y, sobre todo, probar su efecto antimicrobiano in vivo o in vitro frente a patógenos o microorganismos de interés.

Los avances científicos reportados indican que la lisostafina es una de las PGH más estudiadas. Esta enzima es producida y aislada de Staphylococcus simulans, una bacteria oportunista en animales. Este microorganismo es capaz de producir la enzima sin que esta afecte a sus propias células.

La capacidad de la lisostafina como potencial agente antimicrobiano es bastante interesante, ya que recientemente se ha demostrado su eficacia para el control de bacterias del género Staphylococcus aureus, microorganismos que atacan sin piedad y que son capaces de evadir las respuestas inmunitarias de los seres vivos a los que infectan y que pueden provocar náuseas, vómitos, dolor de estómago, erupciones cutáneas y ampollas. Aunque la lisostafina puede ser una opción para combatir a estas bacterias, piénsalo dos veces antes de utilizar toallas, ropa u objetos que carezcan de higiene, porque S. aureus puede transmitirse por contacto.

La zoocina A es una PGH similar a la lisostafina, pues también suele actuar sobre S. aureus. La zoocina A es producida por Streptococcus zooepidemicus, una bacteria cuya actividad está asociada principalmente con infecciones en caballos.

Enterococcus faecalis es una bacteria que puede encontrarse prácticamente en todas partes: en el agua, en el suelo y también en el tracto gastrointestinal. Ahora que lo sabes, puedes empezar a cobrarle renta. Entre sus actividades se ha demostrado que produce una enzima llamada N-acetilglucosaminidasa AtlD, la cual pertenece al grupo de las PGH y presenta actividad contra Listeria monocytogenes. Cabe mencionar que esta bacteria puede encontrarse en alimentos contaminados y, si llega a una mujer embarazada, existe un riesgo elevado de causar un aborto espontáneo.

Entre los géneros con más reportes de producción de PGH se encuentra Lactobacillus; seguramente has escuchado hablar de él por su presencia en los yogures. Se ha descubierto que algunas especies de Lactobacillus son capaces de producir entre dos y tres PGH, cuya actividad puede prevenir el crecimiento de Oenococcus en el vino, Clostridium tyrobutyricum en el queso y Escherichia coli en vegetales crudos o carne molida.

Un aspecto notable de las PGH es que, además de ser una posible alternativa para sustituir el uso de antibióticos, también pueden aplicarse para evitar la proliferación de estos microorganismos en los alimentos.

Imaginemos ahora que, dentro de un ejército dispuesto a infectar y causar daños, tenemos patógenos como Enterobacter cloacae, un habitante de la microbiota intestinal que, si supera sus niveles normales de crecimiento, es capaz de provocar un choque séptico; Klebsiella pneumoniae, cuyo ambiente favorito son los hospitales, ya que puede transmitirse entre las manos del personal de salud; Pseudomonas aeruginosa, siempre aguerrida al mostrar resistencia frente a los desinfectantes; así como Serratia marcescens y Acinetobacter baumannii, patógenos que han desarrollado resistencia a diferentes grupos de antibióticos, lo que complica el manejo de estas infecciones. Todos ellos han sido afectados por endolisinas como Gp105 y LysABP-01, por mencionar algunas, que, como recordarás, son PGH producidas por bacteriófagos.

Es muy posible imaginar que la historia de los antibióticos pueda repetirse con las PGH u otros antimicrobianos, y es probable que ocurra si continuamos dando a los microorganismos la oportunidad de aprovechar su capacidad de adaptarse y evolucionar.

Como seres humanos, podemos tomar medidas tan simples como lavarnos las manos constantemente, preparar los alimentos con la higiene adecuada, ser responsables con los alimentos que consumimos y, sobre todo, evitar la automedicación y cumplir con los tratamientos médicos recomendados. De esta manera, podríamos contribuir a mantener un equilibrio que favorezca nuestra existencia.

Itzel del Carmen Fonseca-Barrera. Estudiante del doctorado en alimentos en la Unidad de Investigación y Desarrollo en Alimentos (UNIDA), TecNM – Instituto Tecnológico de Veracruz. Veracruz, México. itzel.fonseca1201@gmail.com

Karla Gabriela Álvarez-Villagómez. Investigadora posdoctorante en TecNM – Instituto Tecnológico de Veracruz. Veracruz, México. gabriella.villagomez@gmail.com

Patricia Guillermina Mendoza García, es Profesora de la Universidad Veracruzana. patricia.mg@veracruz.tecnm.mx

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