Ciencia

Rompiendo la resistencia a los antibióticos

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En 2017, la Office for National Statistics de Estados Unidos declaró que la resistencia a los antibióticos ha causado una caída en la esperanza de vida por primera vez. Si nada cambia, para 2050, las infecciones y enfermedades que anteriormente habrían sido curables con antibióticos matarán a más personas en todo el mundo que el cáncer.

Una estimada amiga, ingeniera bioquímica, nos envía el presente artículo publicado el 20 de marzo de 2018 en la página Web de la University of Southmpton (US) donde se comenta como esta universidad está tratando de resolver este complejo problema utilizando supercomputadoras y simulaciones para encontrar soluciones y combatir las infecciones.

Las bacterias se están volviendo resistentes al tratamiento con antibióticos gracias a su uso excesivo a escala mundial. Tomar estos medicamentos indiscriminadamente para tratar infecciones no graves, así como un uso excesivo en la agricultura, ha dado como resultado que las bacterias ahora están aprendiendo nuevas formas de defenderse, y nos enfrentamos a una grave amenaza de infecciones que gradualmente se vuelven más difíciles de tratar, como neumonía y tuberculosis.

La Dra. Syma Khalid, profesora de biofísica computacional de la US,  explica que las bacterias han evolucionado para protegerse contra las medicinas que hemos utilizado para tratar a nuestras infecciones. “La idea errónea que tiene la gente es que somos nosotros los que nos hacemos resistentes; pero no son las personas, son las bacterias”, dice ella. “La resistencia que estamos viendo es un mecanismo de supervivencia. Es sólo evolución, pero suceden en una escala de tiempo mucho más rápida debido a su corta vida útil. Siempre van a estar un paso adelante, y ahora estas bacterias están luchando contra los antibióticos. “Es como si hubieran desarrollado una nueva armadura más fuerte y necesitamos nuevas armas ahora”, comenta la doctora Khalid.

 

Cerrar la brecha entre la informática y la ciencias biológicas

 

Estamos viendo un número creciente de campañas de marketing diseñadas para crear conciencia sobre el problema y alentar un cambio en los hábitos, con el objetivo de prevenir el uso excesivo de antibióticos y su prescripción innecesaria. Los investigadores de la US están trabajando en muchas formas diferentes e interesantes de combatir la resistencia a los antibióticos desde la raíz del problema.

Syma y su equipo son uno de estos grupos, que combinan gráficos y codificación en computadoras con biología y química a través de la química computacional para profundizar en la estructura y los procesos dentro de las bacterias.

Los métodos de química computacional utilizan la simulación por computadora junto con la química teórica para resolver problemas, predecir resultados y complementar los experimentos que tienen lugar en los laboratorios. El uso de estos métodos, que son populares en el mundo del diseño de fármacos, permite a los investigadores realizar experimentos que de otro modo serían difíciles en un entorno seguro, y pueden usarse para explicar y explorar aún más la química nueva y desconocida.

Syma y su grupo de investigación crean modelos informáticos precisos de moléculas y sistemas biofísicos para comprender mejor cómo funcionan. En el mundo de la resistencia a los antibióticos, por ejemplo, pueden usar computadoras para examinar exactamente cómo las bacterias repelen o destruyen los antibióticos, y cómo podríamos abordar esto para crear nuevos medicamentos exitosos.

Trabajar fuera del laboratorio de esta manera novedosa les da a los científicos la capacidad de estudiar más de cerca cómo la mecánica de las moléculas, como las que se encuentran dentro de las bacterias, funciona mediante la creación de simulaciones computarizadas de las bacterias y la prueba de hipótesis y conceptos.

"La química computacional le permite ver cosas que de otro modo no podría ver de otra manera", dice Syma. "Es por eso que algunas personas han comenzado a llamarlo ‘el microscopio computacional’, que me gusta bastante. Te permite acercar y ver las cosas más claramente".

 

Romper las defensas

 

Los antibióticos pueden funcionar de una de dos maneras; ya sea destruyendo la membrana de la bacteria, que posteriormente destruye la célula, o atravesando la membrana y atacando a las proteínas desde el interior.

El trabajo del equipo es utilizar simulaciones y modelos desarrollados a partir del examen estructural de estas células para evaluar dónde se enfrentan los antibióticos a los problemas y cómo exactamente las bacterias están luchando.

"Puedes pensarlo así: la membrana de la bacteria es un fuerte, o los muros del castillo. Puedes destruir el castillo haciendo un agujero masivo en esa pared o entrando sin ser visto y derrotando al enemigo desde adentro”, explica Syma.

Las bacterias saben qué esperar de nuestros antibióticos y pueden protegerse más fácilmente. Esto puede ser de varias maneras; expulsando antibióticos a través de "bombas", cambiando las características de sus membranas para protegerse, o sobreexpresando proteínas que pueden dificultar el paso de los antibióticos y destruir la célula.

Los químicos computacionales trabajan con otros expertos y grupos en un proceso iterativo para informar el desarrollo de nuevos antibióticos y opciones alternativas. Al colaborar con equipos de biólogos estructurales, informáticos, matemáticos y bioquímicos, pueden mejorar la precisión de sus simulaciones, informar experimentos, predecir resultados y proporcionar información sobre los desafíos que enfrentan los científicos que desarrollan antibióticos nuevos y alternativos.

"Es muy sinérgico. Cada proyecto en mi grupo también involucra un grupo experimental. Realmente no creo en hacer cálculos de forma aislada ", dice Syma.

“Tiene que haber algo de ancla en la realidad y algo de retroalimentación. Realizas una simulación e informas a otros equipos y los ayudas a informar sobre sus próximos experimentos; Realmente es mutuamente beneficioso”.

 

Impacto internacional

 

La resistencia a los antibióticos es un desafío a escala mundial, por lo que la investigación para combatir el problema se está llevando a cabo a nivel internacional. Syma y su equipo están trabajando con colegas de todo el mundo, incluidos Estados Unidos, los Países Bajos, Canadá y Australia.

 

Sus colaboraciones internacionales también llegan a la India, donde la resistencia a los antibióticos es un problema importante. El consumo de antibióticos en la India está asociado con malentendidos y uso innecesario; En una encuesta de la Organización Mundial de la Salud (OMS) en 2015, el 75 por ciento de los encuestados en India pensaba incorrectamente que los antibióticos podrían usarse para tratar los resfriados y la gripe. Sin embargo, un reciente viaje al país descubrió algunos resultados interesantes que podrían conducir a grandes avances.

"Hay científicos en India que han descubierto compuestos naturales y novedosos de plantas que no se pueden encontrar en el Reino Unido. Piensan que estos compuestos pueden usarse como antibióticos. Es mi trabajo completar algunas simulaciones para ellos y ver cómo se comportan en nuestras membranas modelo.

“Planeamos completar este trabajo con Public Health England, junto con nuestras conexiones con otras instituciones del Reino Unido y socios en India. Es muy emocionante ", dijo la Dra. Khalid.

 

Aprovechando la supercomputadora

 

Las simulaciones por computadora en esta escala no serían posibles sin la tecnología adecuada. Gracias a las instalaciones en Southampton, Syma y su equipo tienen una ventaja en el mundo de la química computacional. “Nuestras instalaciones de súper-cómputo, Iridis, es uno de los principales sitios de supercomputación en el Reino Unido”, cuyo acceso le da a Syma y su equipo una ventaja en su investigación.

"Sin estas instalaciones, no podríamos hacer lo que hacemos. Es una razón importante por la que estoy aquí ", dice ella.

"Por lo general, los cálculos que hacemos en mi grupo de investigación son a gran escala, lo cual no es la norma en química computacional, pero es posible al estar en Southampton. Las cosas que me llevan unas pocas semanas llevarán a colegas de otras universidades, tal vez meses, así que tenemos una ventaja real ”.

El uso de esta tecnología significa que los químicos computacionales como Syma juegan un papel clave en revelar más sobre la resistencia a los antibióticos y en descubrir soluciones.

"Si vamos a diseñar nuevos antibióticos, en lugar de tomar inyecciones en la oscuridad o realizar cambios aleatorios en las moléculas de manera racional, necesitamos saber a qué apuntamos".

"Necesitamos encontrar no solo nuevos antibióticos, sino nuevas estrategias"

 

Fuente:

https://www.southampton.ac.uk/news/2018/03/breaking-down-antibiotic-resistance.page

 

 

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