Péptidos antimicrobianos: definición y uso contra los microbios

Publicado el 17 septiembre, 2020 por Rodrigo Ricardo

Membranas de plasma

Microbios: son criaturas pequeñas y simples que ni siquiera tienen cerebro, ¡pero aún pueden ser enemigos formidables cuando nos infectan! Estos pequeños mocos tienen formas ingeniosas de tomar el control de nuestros cuerpos y usarlos como caldo de cultivo. Cuando ocurre una infección, ¡tenemos que debilitarlos de cualquier forma posible!

¿Qué mejor manera de debilitar una célula que destruir su membrana? ¡Una membrana es lo que separa a una célula del resto del mundo exterior y mantiene dentro todos los beneficios de un microorganismo! Hoy, hablaremos sobre cómo los antibióticos e incluso nuestras propias proteínas naturales pueden matar a los microbios al dañar sus membranas plasmáticas.

Mecanismo de acción general

Las moléculas de las que vamos a hablar en esta lección son péptidos, lo que significa que son proteínas cortas que tienen aproximadamente entre 12 y 50 aminoácidos de longitud. Todavía se están realizando muchas investigaciones sobre estos péptidos para descubrir exactamente cómo funcionan, pero por ahora, sabemos que su mecanismo general es interactuar con las membranas y alterarlas. Algunos de los péptidos pueden formar poros o agujeros en la membrana, otros pueden cambiar la estructura de la membrana pinchándola en muchos lugares e incluso puede haber otros mecanismos que los científicos ni siquiera han imaginado todavía. Pero, la conclusión es que estos péptidos dañan las membranas y las hacen más permeables.

Cuando la membrana de un microbio es demasiado permeable, morirá. Una razón es que puede perder metabolitos e iones importantes, y las moléculas del medio ambiente que el microbio prefiere mantener fuera pueden entrar directamente. Esto sería como si todas las puertas y ventanas de su casa se rompieran o arrancaran. Muchas de sus pertenencias podrían desaparecer sospechosamente, y las personas, los animales y las condiciones climáticas tendrían libre acceso a su hogar.

En las células, otros procesos cotidianos cruciales pueden detenerse debido al daño de la membrana. Uno de estos procesos es la respiración celular, que es la forma en que la célula produce su principal fuente de energía, el ATP. Sin ATP, un microbio no podrá hacer nada en absoluto. Esto sería como añadir un insulto a la herida: además de los problemas con los que estás lidiando en tu casa sin ventanas y sin puertas, la electricidad deja de funcionar. No es divertido.

Antibióticos peptídicos

Veamos algunos ejemplos de antibióticos peptídicos , que son moléculas peptídicas que se utilizan como antibióticos. Un ejemplo importante es la polimixina B, que daña las membranas plasmáticas de las bacterias gramnegativas. La polimixina B solía ser un antibiótico importante para tratar las infecciones por pseudomonas, pero ahora se encuentra principalmente en cremas antibióticas que puede usar en casa para heridas menores.

La daptomicina es un antibiótico peptídico más nuevo. En lugar de ser solo un antibiótico peptídico, es un antibiótico lipopéptido, lo que significa que es un péptido con una cadena lipídica unida a él. Esto le permite atacar de manera muy efectiva la membrana bacteriana Gram-positiva. Al igual que otros antibióticos peptídicos, la daptomicina cambia la estructura de la membrana plasmática, formando agujeros que hacen que la membrana sea más permeable. Se utiliza para tratar infecciones con patógenos resistentes a múltiples fármacos como Staphylococcus aureus resistente a la meticilina , MRSA para abreviar.

Péptidos antimicrobianos en inmunidad

Además de los péptidos que se utilizan como antibióticos, muchos organismos producen y utilizan naturalmente péptidos antimicrobianos (AMP) como parte de su sistema inmunológico normal. Se han encontrado péptidos antimicrobianos en varios organismos diferentes, como anfibios, aves, insectos, mamíferos e incluso plantas. Pueden ser parte de un sistema evolutivamente antiguo de defensa inmunológica.

Veamos algunos ejemplos. Las magaininas son péptidos antimicrobianos que se encuentran en las glándulas cutáneas de los anfibios, como las ranas. Nuestras propias células también tienen péptidos antimicrobianos. Los neutrófilos, un tipo importante de glóbulos blancos en nuestro sistema inmunológico innato, producen alfa-defensinas, y otro péptido antimicrobiano llamado dermcidina está presente en nuestro sudor. Todos estos péptidos antimicrobianos pueden alterar las membranas de las bacterias y, a veces, incluso los hongos y otros patógenos eucariotas.

Un hecho realmente interesante sobre los péptidos antimicrobianos es que, aunque han existido durante mucho tiempo a través de la evolución, se ha desarrollado muy poca resistencia. Quizás sea demasiado difícil para los microbios desarrollar nuevos tipos de membranas que no se verían afectadas por estos péptidos. Dado que la resistencia a los antibióticos es un problema importante en la medicina actual, los científicos continúan investigando los péptidos antimicrobianos con la esperanza de crear nuevos antibióticos con estrategias similares.

Toxicidad selectiva

Pero espera un minuto; nos hemos estado perdiendo algo realmente importante aquí. Todas las células tienen membranas plasmáticas, que están compuestas prácticamente de la misma manera. Recuerde que las membranas plasmáticas son bicapas de lípidos formadas por muchas moléculas de fosfolípidos dispuestas de modo que sus grupos de cabezas hidrófilos y amantes del agua estén en el exterior y las colas hidrófobas y temerosas del agua cuelgan juntas en el medio de la membrana.

Entonces, ¿cómo demonios podrían estos péptidos que alteran la membrana ser selectivamente tóxicos si nuestras membranas celulares son tan similares a las membranas celulares microbianas? Nuevamente, los científicos no saben con certeza cómo funciona esto, pero una idea importante es que la carga superficial de los microbios podría ser un factor importante. Nuestras membranas celulares tienden a tener una carga neutra en el exterior, pero es más probable que las membranas bacterianas tengan fosfolípidos cargados negativamente en el exterior. Además, las bacterias también tienen otras moléculas cargadas negativamente en sus superficies, como el lipopolisacárido (LPS) en las bacterias Gram negativas y el ácido teicoico en las bacterias Gram positivas.

La conclusión es que las superficies bacterianas tienden a tener carga negativa. Qué conveniente, entonces, que los péptidos antimicrobianos tiendan a tener una carga positiva. La atracción electrostática lleva el péptido cargado positivamente a la superficie bacteriana cargada negativamente, donde puede penetrar en la membrana bacteriana o dañarla. Si los péptidos antimicrobianos estuvieran hechos de velcro y las superficies bacterianas estuvieran recubiertas con el otro tipo de velcro, podrían pegarse. Nuestras células, por otro lado, no tienen velcro, por lo que los péptidos antimicrobianos no se adhieren muy bien a ellas.

Dicho esto, nada es perfecto en biología. Algunos péptidos antimicrobianos aún podrían dañar accidentalmente las membranas de nuestras células, por ejemplo, si estuvieran presentes en concentraciones particularmente altas. Al igual que al tratar con cualquier sustancia potencialmente peligrosa, nuestro cuerpo tiene formas de manejar los péptidos de manera segura. En casa, si tuvieras una bandeja de horno muy caliente que acaba de salir del horno, tomarías algunas precauciones para evitar accidentes. Usarías guantes de cocina para tocarlo, lo pondrías sobre la estufa en lugar de en algún lugar que pudiera resultar dañado por el calor y no dejarías que ningún niño se le acercara.

Asimismo, nuestros cuerpos tienen cuidado con el uso de péptidos antimicrobianos. Las células inmunes, como los neutrófilos, tienden a mantener sus péptidos antimicrobianos, como las defensinas, dentro de la célula en el compartimento donde se encuentran los microbios invasores. No se limitan a arrojar las defensinas en cualquier lugar donde puedan entrar en contacto con las membranas de las células huésped. Otro lugar donde se encuentran los péptidos antimicrobianos es el exterior de la piel. Es posible que sepa que las células en el exterior de nuestra piel ya están muertas de todos modos, por lo que este es un lugar perfecto para que los péptidos antimicrobianos maten microbios sin dañar nuestras propias células.

Resumen de la lección

Hoy, hemos aprendido sobre proteínas cortas llamadas péptidos que matan a los microbios al dañar sus membranas plasmáticas. Los antibióticos peptídicos como la polimixina B y el lipopéptido daptomicina se utilizan como antibióticos, y organismos como anfibios, mamíferos, insectos, aves y plantas también pueden producir péptidos antimicrobianos de forma natural por sí mismos. Escuchamos que las ranas liberan magaininas en su piel y que nuestros propios cuerpos producen alfa defensinas en algunas de nuestras células inmunes y dermcidina en nuestro sudor.

¿Qué hacen todos estos péptidos? Aprendimos que interactúan con las membranas y las alteran. Pueden formar poros u orificios en las membranas o cambiar la estructura de la membrana de otras formas. Todos los péptidos hacen que la membrana plasmática sea más permeable, lo que mata la célula.

Finalmente, aprendimos que los péptidos antimicrobianos generalmente tienen carga positiva, mientras que las superficies bacterianas generalmente tienen carga negativa. Esto ayuda con la toxicidad selectiva, ya que los péptidos se sienten más atraídos por las superficies bacterianas que por las membranas neutras de nuestras propias células. Además, nuestros cuerpos toman precauciones para evitar dañar nuestras propias células con estos péptidos. Los mantienen secuestrados dentro de las células inmunitarias o los colocan en partes del cuerpo como la piel, donde no hay muchas células vivas alrededor que puedan resultar dañadas.

Los resultados del aprendizaje

Después de terminar esta lección, podría tener la capacidad de:

  • Describir los métodos mediante los cuales los péptidos antimicrobianos pueden destruir o romper las membranas celulares.
  • Destacar ejemplos de antibióticos peptídicos y péptidos antimicrobianos naturales
  • Reconocer la importancia de que los péptidos antimicrobianos tengan carga positiva y las superficies bacterianas tengan carga negativa
  • Enumere algunas formas en que el cuerpo humano protege contra el daño a nuestras propias células por péptidos antimicrobianos

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