Evaluación de la actividad antimicrobiana del suero sanguíneo de caiman crocodilus

Diferentes alternativas para combatir a los microorganismos patógenos como bacterias y hongos han sido punto de partida para grandes hallazgos. La creación de antibióticos a partir de hongos como el penicillum han sido de gran aporte en la historia de la humanidad(GIL D de M., 2000; Hao, Li, Xie, & Li, 2012). A pesar de lograr combatir dichos organismos, siempre han hallado el modo de ir un paso delante de nuestros hallazgos, volviéndose resistente a todos los antibióticos conocidos y generando cepas completamente inmunes a los bactericidas. En vista de esta complicación, surge la necesidad de buscar antibióticos o bactericidas que puedan ser más eficientes no solo en inhibir el crecimiento de bacterias sino de otorgar resistencia a los individuos frente a una posible infección por parte de estos microorganismos. En la naturaleza podemos encontrar especies que son muy resistentes a infecciones aun cuando poseen heridas abiertas, como lo es el caso de varios reptiles como el cocodrilo y el caimán (M. E. Merchant et al., 2003). Estos reptiles viven en ambientes muy contaminados con microorganismos potencialmente patógenos pero según los reportes visuales, estos animales pueden sanar heridas abiertas sin ningún tipo de infección, aun cuando el medio en el que habitan está completamente lleno de microorganismos. (M. E. Merchant, Pallansch, et al., 2005; M. E. Merchant et al., 2003). El resultado de este éxito evolutivo se debe principalmente a la presencia en su sangre de un potente antibiótico natural, los científicos consideran que el reciente hallazgo de estos péptidos antimicrobianos (Masterman 2002); bautizados con el nombre de "cocodrilinas" por haber sido encontrados por primera vez en la sangre de los cocodrilos australianos de agua salada (Crocodylus porosus), además de servir como la primer línea de defensa ante las infecciones en el cuerpo del cocodrilo, pueden ser la base para desarrollar la siguiente generación de antibióticos para el ser humano (Cupul 2003).

Definición

Los caimanes pertenecen a la familia Crocodílidos, orden Crocodilios. El nombre científico del caimán de anteojos o "baba" es Caiman crocodilus crocodilus, el cual apareció en la naturaleza hace unos 200 millones de años (Britton, 1999). Se distribuye en Colombia en las cuencas de los ríos Magdalena, Sinú, Ranchería y en la planicie de la región Caribe (Medem 1981, Rueda-Almonacid et al. 2007). El caimán de anteojos o común, caiman crocodilus, es un habitante de agua dulce, concretamente vive en ríos, lagos, estanques y pantanos, aunque también puede frecuentar agua salada, especialmente humedales y estuarios. Se le puede avistar tanto en aguas profundas como aquellas con menos nivel de profundidad. Por otro lado, existe gran evidencia de que los cocodrilos estaban dentro del grupo de animales empleados como medicina para la curación del alma y el cuerpo (Miller 2003). La utilización del cocodrilo en la medicina tradicional humana, es una pista que conduce al planteamiento de interrogantes sobre la existencia de elementos activos en estos seres vivos con potencial terapéutico; teniendo en cuenta que estos reptiles presentan una baja frecuencia de enfermedades en el medio silvestre.

Antecedentes

Para poder entender la resistencia de estos reptiles a las infecciones, se han realizado diferentes estudios analizando la actividad antiviral y antibiótica de la sangre de estos animales, tanto el componente plasmático, como proteico. Merchant et al. (2003) analizo las propiedades antibacteriales del suero del caimán americano (alligator mississippiensis) encontrando que este suero posee una gran actividad antimicrobiana. El estudio lo realizo con cepas de E.coli las cuales fueron expuestas a diferentes concentraciones del suero obtenido de caimanes adultos. Según sus resultados los efectos antimicrobianos del suero se deben a los complementos proteicos y el comportamiento de diversas proteínas que posee el suero. Aparte de ello contrasto con resultados anteriores donde se afirma que la sangre de estos animales puede contener linfocitos B y linfocitos T. (Cuchens & Clem, 1979).

Otro estudio realizado por Merchant et al. (2005) Analizo la actividad antiviral del suero del caimán americano, encontrando que el suero posee una actividad antiviral fuerte contra virus como el herpes simple y el VIH, dejando por sentada la hipótesis de que el sistema inmune de dichos reptiles ha evolucionado para estar listo contra diferentes tipos de patógenos ya sean virales o microbianos, todo esto en base al complemento proteico que tiene el suero (M. E. Merchant, Pallansch, et al., 2005; M. E. Merchant et al., 2003). Está demostrado (M. E. Merchant, Verret, & Elsey, 2005), que los metales son parte esencial del funcionamiento de los componentes del plasma debido a su interacción con diferentes proteínas y su ayuda en el comportamiento hemolítico de diferentes compuestos del suero.

Una vez se demostró el potencial antimicrobiano y antiviral del suero de estos reptiles, se profundizo en la estructura y los componentes de dicho plasma que pudiesen estar asociados a estas actividades. Merchant et al. (2006) estudiaron directamente la actividad antimicrobiana de los leucocitos obtenidos de la sangre del caimán americano. Esta investigación demostró que los leucocitos de esta especie son capaces de generar moléculas estables que poseen una actividad antimicrobiana relacionada con el mismo comportamiento de moléculas antibacteriales como péptidos obtenidos de otras especies, planteando la posibilidad de usar estas moléculas como agentes antimicrobianos de uso clínico (M. E. Merchant et al., 2006). A partir de estos descubrimientos, se han realizado diferentes estudios que involucran la proteomica y el aislamiento de proteínas que estén relacionadas con el comportamiento antibiótico del suero de estos reptiles. Merchant et al. (2010) realizo varios trabajos sobre la identificación y caracterización del suero no solo del caimán americano sino de una especie cercana como el cocodrilo americano (Crocodylus acutus) describiendo que esta especie también posee una actividad antimicrobiana alta lo cual está relacionado directamente con el ambiente que habitan, esto debido a las diferencias entre la actividad de ambos sueros. Por otro lado, Darville et al. (2010) realizaron un análisis proteomico de los leucocitos obtenidos del caimán americano, usando la técnica de espectroscopia de masas. Dentro de sus resultados se encontraron más de 40 proteínas y péptidos, los cuales fueron secuenciados y comparados para analizar su posible función dentro del organismo. Muchas de estas proteínas están asociadas al comportamiento celular y la relación de la función de defensa de los leucocitos. Estas proteínas fueron comparadas por medio de herramientas bioinformáticas para determinar su similitud con otra clase de proteínas que pudiesen estar presentes en otros organismos.

Con la ayuda de las herramientas bioinformáticas como la proteomica, diferentes autores han realizado la secuenciación y estructura de las proteínas que pueden estar relacionadas con la actividad antimicrobiana del suero de reptiles como el cocodrilo. La hepcidina es conocida como un péptido rico en cisteínas que posee una actividad antibacteriana en diferentes especies incluidos los humanos. (Hao et al., 2012). En china, Hao et al. (2012) analizo y secuencio la estructura de esta proteína en el reptil Crocodylus siamensis, describiendo molecularmente las diferentes estructuras de esta proteína, las cuales pueden estar asociadas a la actividad antimicrobiana que le es atribuida. Por otro lado, Darville et al. (2012) aislaron y determinaron la estructura primaria de lectinas asociadas a proteínas del suero del caimán americano (Alligator mississippiensis) encontrando una similitud en la secuencia de más del 50% con relación al ser humano, rata y ratones. Dicha proteína estaba compuesta de 313 aminoácidos aproximadamente y se observó una similaridad bastante alta con respecto a la estructura de otras proteínas, aunque, hubo una gran novedad y fue la afinidad de esta proteína a las manosas en comparación a otros carbohidratos (Darville et al., 2012). Los últimos estudios relacionados con la capacidad antimicrobiana del suero de los reptiles se han enfocado en las funciones específicas de proteínas y de péptidos, los cuales son los directamente implicados en esta actividad. Bishop et al. (2015) realizo un trabajo de bioprospeccion en la sangre del caimán americano. En dicho estudio se analizó en profundidad que péptidos se encontraban en el plasma y cuales podrían estar relacionados con la actividad antimicrobiana. Dentro de sus resultados, encontraron 45 péptidos con potencial antimicrobiano de los cuales escogieron 8 para profundizar su investigación. Dichos péptidos fueron secuenciados y pueden estar relacionados con el potencial de defensa de estos reptiles a infecciones por microorganismos. Este estudio sugiere que dichos péptidos pueden ser usados como alternativa y punto de investigación para la generación de moléculas de defensa ante infecciones (Bishop et al., 2015).

Por último Barksdale et al (2017) comprobaron la actividad antibacterial del péptido catelicidina extraído del caimán americano frente a dos microorganismos que presentan resistencia a varias drogas como lo son Acinetobacter baumanii y Klebsiella pneumoniae. Dentro de sus hallazgos, esta que dicho péptido posee una actividad muy fuerte frente a bacterias Gram negativas, y no es significativamente citotoxico contra las células de mamíferos. Describen también que este péptido cumple una función similar a nivel de sistema inmune que la LL-37 en los humanos. Dichos resultados, plantean la posibilidad de usar estos péptidos con potencial antimicrobiano en test in vivo para aprovechar sus características y generar una posible alternativa frente al tratamiento de infecciones (Barksdale, Hrifko, & van Hoek, 2017).

Justificación

El aprovechamiento de los recursos biológicos brinda, gracias a la biotecnología; la posibilidad de obtener una gran variedad de beneficios que son exclusivos de ciertos animales, como genes de resistencia a plagas en plantas o proteínas que pueden cumplir infinidad de funciones. Muchas de estas proteínas brindan efecto antimicrobiano debido al ambiente en el cual habita el organismo, como lo es el caso de los caimanes (Darville et al., 2012; M. E. Merchant, Roche, Elsey, & Prudhomme, 2003; M. Merchant, McFatter, Mead, McAdon, & Wasilewski, 2010). Estos animales viven expuestos a un sin número de microorganismos que habitan en el agua, muchos de ellos patógenos para diferentes especies. Se ha demostrado que los caimanes y cocodrilos tienen un sistema inmune muy fuerte, aun teniendo heridas expuestas no sufren infecciones directas ni daños en tejidos a causa de bacterias (Bishop et al., 2015). Diferentes estudios realizados por Merchant y colaboradores han demostrado e identificado varias proteínas dentro del suero sanguíneo de diferentes especies de sauropsidos como el cocodrilo americano y el caimán americano(Darville, Merchant, Hasan, & Murray, 2010; M. E. Merchant et al., 2005, 2006, 2003; M. Merchant et al., 2010). Dichas proteínas cumplen una función antibacterial que brinda protección inmune a estos organismos frente a infecciones que puedan ser causadas por cualquier patógeno en el ambiente, infecciones que generalmente son causadas por heridas. Para Colombia, existen varias especies de cocodrilianos, entre ellas el caimán crocodilus el cual no se encuentra en estado de amenaza y posee una gran distribución a nivel nacional. Esta especie comparte la misma familia que los individuos en estudios previos. Para Colombia no existe un registro sobre el estudio del plasma de estos animales, tanto a nivel proteico como su actividad antimicrobiana, dejando abierta la puerta para este tipo de investigaciones. Tomando como modelo microbiológico las cepas de S. aureus y E.coli, se pretende evaluar la actividad antimicrobiana del suero sanguíneo de la babilla

Problema

¿El suero sanguíneo del Caiman crocodilus tiene actividad antimicrobiana frente a algunas cepas de E. coli y S. aureus con resistencia múltiple?

Los estafilococos son un amplio grupo de bacterias Gram-positivas, principalmente se caracterizan porque se dividen en agrupaciones que asemejan racimos de uva (Harris et al. 2002). Dicho género tiene una gran capacidad de adaptación, por lo cual afectan a todas las especies conocidas de mamíferos; es por ello que, gracias a su fácil propagación, pueden transmitirse de una especie a otra (Zendejas-Manzo et al., 2014).

En los últimos años, la incidencia de bacteriemia por Staphylococcus ha aumentado significativamente, ya que una especie de este género bacteriano ha aumentado su frecuencia de aparición: Staphylococcus aureus; esta bacteria se ha convertido en la principal causa de infecciones en el torrente circulatorio e intoxicaciones ocasionadas por alimentos (Rasmussen, 2011), denominadas infecciones comunitarias pero además es uno de los patógenos nosocomiales de mayor importancia (Cervantes, 2014). De esta manera, uno de los principales problemas asociados con estas enfermedades es la aparición de resistencia a los antibióticos de uso común; la introducción de las penicilinas resistentes a penicilinasas en la década de los 60 condujo al desarrollo de resistencia a meticilina y la aparición de cepas de S. aureus resistente a la meticilina (Nami, 2003). Debido a su amplia versatilidad esta bacteria es capaz de causar enfermedades de amplio espectro: infecciones menores de la piel e infecciones invasoras serias como: infecciones del sistema nervioso central, osteomielitis, infecciones del tracto respiratorio, infecciones del tracto urinario y síndrome de choque toxico (Velazquez-Meza, 2005).

Por otro lado, Escherichia coli es una bacteria que se encuentra normalmente en el tracto gastrointestinal de los seres humanos y animales de sangre caliente. Es un patógeno involucrado en cuadros de diarrea, y en infecciones extraintestinales en las que se incluyen las de vías urinarias, lo anterior en conjunto con las características clínicas del padecimiento (diarrea aguda, persistente, con sangre, etc); la distribución epidemiológica y los factores de virulencia específicos dio lugar a que E. coli asociada con la etiología de la diarrea se integrara en los siguientes grupos: E. coli Enteropatógena (EPEC), enterotoxigénica (ETEC), enterohemorrágica (EHEC) (De la Roca, 2003).

E. coli también está vinculada en la transmisión de resistencia a los antibióticos tanto en la comunidad como en los hospitales. Generalmente se encuentra el mecanismo de resistencia AmpC siendo natural en esta especie, el cual hace que la bacteria sea resistente a algunas penicilinas, pero en la actualidad E. coli presenta no solo resistencia por AmpC sino que también por Betalactamasas de amplio espectro (BLEA), y Betalactamasas de espectro extendido (BLEE), por lo que la bacteria se ha hecho resistente a todas las cefalosporinas, dependiendo el tipo de mecanismo que posea (Broke, 2003). A partir de lo anterior es necesario buscar soluciones eficaces frente a la resistencia múltiple de estas dos bacterias patógenas para el hombre, siendo el suero de la "babilla" un posible inhibidor de su crecimiento, afectando la liberación de toxinas

Referencia bibliográfica

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A nuestra profesora por la constante

orientación en la redacción

de investigaciones

LOS AUTORES

Monografía de la asignatura

Metodología de la Investigación

Autor:

Oscar Caicedo

Allison Cubillos

Karen Higuera

Jesica Tique

FACULTAD DE CIENCIAS BÁSICAS

BIOLOGÍA

Ibagué – Colombia

2017