Péptidos antibióticos eucarióticos: ¿Reliquia evolutiva o panacea terapéutica

En los años 1960 aparecieron las primeras descripciones de actividades microbicidas asociadas a péptidos de origen animal. Sin embargo, es un grupo español, el dirigido por el Prof. García Olmedo (ETSIA, Madrid), el que describe por primera vez, en 1972, actividad microbicida asociada a un péptido purificado de plantas. La demostración inequívoca de la existencia de péptidos antibióticos eucarióticos (PAE) se extiende en los años 1970 y 1980 a insectos (Boman, Estocolmo), mamíferos (Lehrer, Los ángeles) y anfibios (Zasloff, Filadelfia).

Todos los PAE son componentes esenciales de la denominada inmunidad innata, con características tales como una baja especificidad de reconocimiento de patógenos y, consecuentemente, un amplio espectro de patógenos susceptibles; una actuación casi inmediata, por su expresión constitutiva o rápidamente inducida; y ahorro en los sistemas de codificación génica del sistema, que contrastan con la respuesta inmunitaria específica de antígeno, cuyos exquisitos mecanismos de reconocimiento de antígeno por anticuerpo o receptor de células T requieren días para alcanzar su máxima actividad y una maquinaria celular y molecular muy compleja.

La ubicuidad de los PAE, tanto anatómica como zoológica, así como el número y la variedad de sus secuencias activas descritas han crecido casi exponencialmente en los últimos años, despertando un interés que radica tanto en su función defensiva como en su posible utilidad como agentes antiinfecciosos, especialmente como alternativa ante la creciente multirresistencia de los microorganismos, recogida en revisiones y simposios recientes dedicados al tema.

Su descubrimiento responde a dos cuestiones aparentemente obvias:

1. ¿Cómo han resuelto su supervivencia frente a las infecciones los animales inferiores, y por extensión las plantas, si ambos carecen de los refinados mecanismos de reconocimiento antigénico presentes en los animales superiores?

Desde una perspectiva claramente antropocéntrica, podemos plantear una nueva pregunta: ¿son los PAE una reliquia evolutiva, o cumplen una verdadera función defensiva en los animales superiores? La respuesta afirmativa se basa en las siguientes evidencias experimentales:

• Sus concentraciones fisiológicas son microbicidas.

Otra función a menudo ignorada de estos péptidos es su papel de mantenimiento de la flora local. Conviene recordar que más del 90% de los microorganismos del tubo digestivo no han podido ser cultivados in vitro y se conocen únicamente a través de pruebas génicas.

Diversos procesos clínicos y terapéuticos pueden determinar una disminución sustancial de la eficacia microbicida de los PAE:

• La intubación del paciente impide que el patógeno se vea expuesto al arsenal peptídico presente en el epitelio.

La clasificación de los PAE basada en su origen zoológico es obsoleta, ya que puede existir una gran disparidad tanto en actividad como en estructura peptídica incluso dentro de una única especie animal o vegetal. El estudio de homología de los varios centenares de secuencias descritas hasta hoy tampoco revela un motivo estructural común ni en tamaño; sin embargo, sí existe una convergencia evolutiva, incluso de especies muy distantes genéticamente, en las estructuras secundarias adoptadas por los PAE, que han permitido su clasificación en diferentes grupos: estructuras lineales ricas en a-hélice (cecropinas, magaininas), péptidos cíclicos formados por hojas ß mantenidas por puentes disulfuro intracatenarios (defensinas de mamíferos) o las combinaciones de ambos motivos (defensinas de plantas e insectos). Recientemente se ha descrito la defensina q, un péptido circular reforzado con puentes disulfuro internos. Otras dos claras tendencias comunes a la mayoría de los PAE son la abundancia de residuos básicos (Arg, Lys, His), que determinan una elevada carga positiva, y la estructura anfipática (moléculas con caras hidrofílicas e hidrofóbicas bien diferenciadas), que posibilita para la mayoría de ellos un mecanismo común de permeabilización de la membrana plasmática del patógeno, no a través de canales sino por interacción con los fosfolípidos que constituyen la estructura física de la membrana, formando poros que la atraviesan o bien destruyendo su estructura de bicapa lipídica, a modo de detergente. Este mecanismo de acción explicaría el amplio espectro de patógenos sensibles a un determinado péptido, y a su vez exige la justificación de la notable especificidad de los PAE frente sus células diana (bacterias, hongos, protozoos, células cancerosas), en contraste con la presencia universal de membranas en los seres vivos. En el caso de los procariotas, el mayor contenido en fosfolípidos aniónicos de sus membranas, y en menor medida la ausencia de esteroles, favorece su interacción con el péptido policatiónico. Este argumento, sin embargo, no puede extenderse a la creciente descripción de actividades antifúngicas, antiparasitarias o antitumorales de muchos PAE.

El modo de acción de los PAE es un arma de doble filo, ya que impide la inducción de resistencia observada al exponer continuamente patógenos a cantidades subletales de péptido, que supondría alterar la composición de fosfolípidos de la membrana y que afectaría prácticamente a todos los sistemas presentes en la membrana (enzimas, transportadores, receptores, etc.), cuyas actividades dependen tanto de las propiedades globales (fluidez, rigidez, etc.) como de interacciones específicas entre determinados componentes de la misma, en contraste con la resistencia a otros antibióticos causada por una simple mutación puntual de su diana específica correspondiente, origen de la actual crisis terapéutica.

El reverso de la moneda lo constituye la sutil discriminación entre células de patógeno y células superiores, basada en la composición de membrana, y que limita el diseño de péptidos antibióticos, pues un incremento de su afinidad por la membrana (y por tanto de la potencia antibiótica) puede conllevar la pérdida de su especificidad.

Algunos PAE poseen dianas intracelulares definidas (mitocondria, DNA) o simplemente desconocidas, aunque esenciales para los organismos, ya que no se han desarrollado resistencias frente a ellos in vitro. Por otra parte, el número de PAE cuyo mecanismo de acción combina la coexistencia de mecanismos activos en membrana con otros intracelulares se ha incrementado últimamente.

Además de la función letal directa sobre el patógeno, común a la mayoría de los PAE, existen otras funciones específicas para un determinado péptido que es importante resaltar por su importancia, tales como sinergismo con la inmunidad celular específica (a-defensinas), actuación como quimocinas (ß-defensinas), inhibición de la síntesis de corticosteroides inmunosupresores (a-defensinas), activación de la síntesis de sindecanos implicados en la cicatrización (PR-39) o activación de la producción de óxido nítrico (NO) y otros metabolitos oxigenados (tioninas, dermaseptinas, híbridos cecropina A-melitina), así como apoptosis celular (híbridos cecropina A-melitina, lactoferricina, bactenecina). Otro importante efecto, común a la mayoría de los PAE, es su interacción tanto con el ácido teicoico de las bacterias grampositivas como con el lipopolisacárido (LPS) de las bacterias gramnegativas, desorganizando la membrana externa y neutralizando los efectos biológicos del LPS como inductor del shock séptico, es decir, son "asesinos que no dejan huella".

Sin embargo, los PAE no son la panacea universal, pues hay especies naturalmente resistentes a la mayoría de los PAE y otras con mecanismos capaces de neutralizar eficazmente su acción (LPS menos aniónico o con acilación mayor, membrana con composición "humanizada" de los fosfolípidos, proteinasas que destruyen el péptido, sistemas de bombeo, etc.).

El futuro de los péptidos antibióticos como agentes terapéuticos es muy esperanzador a primera vista, especialmente por la dificultad de desarrollo de resistencias frente a ellos. Otra ventaja de los PAE es su facilidad de síntesis química, que permite desarrollar análogos de mayor actividad, menor tamaño, coste y citotoxicidad, o más amplio espectro de patógenos sensibles. Estas posibles ventajas deben contrastarse con las dificultades que plantea el empleo terapéutico de los PAE, derivadas de la inestabilidad intrínseca de los péptidos a los fluidos biológicos, asociada a una baja biodisponibilidad. Aunque se trabaja activamente en estrategias que posibiliten la administración sistémica, como la microencapsulación, la utilización de versiones enantioméricas (compuestas íntegramente por d-aminoácidos) o la inclusión de secuencias dentro de la propia que permitan atravesar el tejido conectivo y facilitar su distribución a células internas, hasta el momento las perspectivas terapéuticas de los PAE se han reducido a aplicaciones tópicas, en aerosol o colirio. Una cortapisa importante es el binomio actividad-especificidad de acción, que al realizarse sobre membranas limita la obtención de índices terapéuticos aceptables a un rango de concentración micromolar o superior, con dosis y costes terapéuticos relativamente elevados. La otra gran incógnita es su actuación frente a las biopelículas, y en general frente a formas sésiles del patógeno. Aunque algunos PAE, como las defensinas, precisan de una actividad metabólica elevada del patógeno, y consecuentemente del potencial de membrana, otros no presentan tales requerimientos para su actividad.

La producción biotecnológica a gran escala mediante técnicas de DNA recombinante es una alternativa posible, aunque queda limitada a los péptidos naturales, excluyendo análogos con aminoácidos no reconocidos por la maquinaria sintética del organismo productor, además de una posible toxicidad del péptido en ellos, solucionable mediante estrategias más costosas. Otra posible fuente de obtención son plantas y animales transgénicos. Por su novedad cabe destacar la expresión de PAE utilizando como vector el virus del mosaico del tabaco, aislando el péptido de la cosecha de tabaco infectada.

La terapia génica es una de las vías de aplicación de los PAE más prometedoras. La introducción de genes de PAE en animales de experimentación mediante vectores adenovirales o retrovirales, con vistas a una expresión constitutiva o inducible, se ha llevado a cabo con éxito. Otras aplicaciones investigadas son el uso de los péptidos como adyuvantes en la respuesta inmunitaria específica de antígeno, o para interrumpir la transmisión de infecciones vectorizadas por artrópodos, utilizando vectores mutantes productores de péptidos activos contra el agente transmitido. También se ha propuesto la detección de focos crípticos de infección mediante la unión a los mismos de PAE marcados con radiomarcadores, así como el desarrollo de terapias que anulen o inhiban los mecanismos defensivos de los microorganismos frente a los PAE, tales como inhibidores de la acilasa del lípido A.

En última instancia, el futuro de los PAE como agentes terapéuticos vendrá muy condicionado por los resultados obtenidos por las industria farmaceútica, tanto en la búsqueda exhaustiva de nuevos prototipos de péptidos antibióticos en la naturaleza o identificación de nuevos prototipos por análisis secuencial de los genomas animales (Pharmamar, Entomed), como por los ensayos clínicos actualmente en curso, empleando análogos sintéticos derivados de magainina, protegrina, histatina o proteína permeabilizadora de bacterias (Magainin Pharmaceuticals, Intrabiotics, Xoma, Periodonthics). Si estas perspectivas finalizan con éxito podrá concluirse que la solución a determinados problemas en quimioterapia antiinfecciosa se encontraba literalmente al alcance de nuestra mano.