Predicción de capacidad antibiótica de moléculas conocidas que no se conocían antibióticas

¡Aplaudan! ¡No dejen de aplaudir! Algoritmo de IA predice que 24 moléculas ya conocidas tienen propiedades antibióticas hasta ahora desconocidas

Resistencia antibiótica. Quienes trabajamos en clínicas y hospitales sabemos lo complejo que es este tema y las pocas opciones con las que nos estamos quedando para tratar a las bacterias resistentes. Además, hace 30 años que no se descubre un nuevo tipo de antibiótico y las muertes causadas por estas bacterias resistentes están creciendo y se prevé que alcanzarán los 10 millones anuales para 2050.

Un grupo de investigadores realizaron un nuevo enfoque al uso de IA para predecir acciones de moléculas.

Link al estudio
https://doi.org/10.1016/j.cell.2020.01.021

Utilizaron la biblioteca de drogas aprobadas de la FDA (que se puede conseguir aquí) y después le sumaron otras 800 moléculas más llegando a 2.560 moléculas.

Utilizando los datos que trae la biblioteca de drogas, hicieron una predicción para ver qué moléculas lograban evitar el crecimiento de Escherichia Coli BW25113 (una bacteria conocida con la que hicieron el experimento). Y aquí es donde hicieron algo novedoso, clasificaron a las 2.560 moléculas como “evita crecimiento de E. Coli” si/no, y con esa clasificación entrenaron una red neuronal para que prediga qué parte de qué molécula es la que es más responsable de matar a la E. Coli. El modelo tenía una buena predicción con un AUC de 0,896

Esta es la parte de entrenamiento del modelo. Lograron tener un modelo que podía predecir, basándose en la estructura de las moléculas, si lograban evitar el crecimiento de E. Coli con un AUC de 0,896

Con el modelo entrenado, utilizaron la base de datos ZINC15 que tiene más de 107 millones de estructuras de moléculas para buscar moléculas ya conocidas y que estuvieran en la base de datos, para descubrir cuáles podían tener la capacidad de evitar el crecimiento de E. Coli y así dieron con 24 moléculas que el modelo predice pueden evitar el crecimiento de E. Coli, siendo la primera el halicin, una molécula que se había utilizado en estudios de diabetes.

Una vez descubierto que el halicin puede matar a la E. Coli, evaluaron su toxicidad, su mecanismo de acción y a qué otras bacterias podía combatir con experimentos en placas. El halicin es un potentísimo antibiótico que, a través de un nuevo mecanismo, logra desequilibrar el medio interno de las bacterias, ha logrado matar a bacterias resistentes que hasta ahora, se hacía muy difícil tratar (Mycobacterium tuberculosis, enterobacterias resistentes a cabapenems, Clostridium difficile y el Acinetobacter baumannii multi-resistente).

Este es un nuevo uso de tecnología conocida y disponible, y lo más probable es que este mecanismo sea replicado para encontrar otros medicamentos para tratar enfermedades con moléculas conocidas pero que no sabemos que tienen un efecto beneficioso.

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Estimado,
Actualmente la resistencia a los antibióticos es una de las mayores amenazas para la salud mundial.
Llegando a afectar a cualquier persona, sea cual sea su edad, sexo, condición física, situación socioeconómica o el país en el cual viva.

Si bien es cierto, la resistencia a los antibióticos es un fenómeno natural, propio de la evolución que realizan las bacterias. Es el uso extensivo e indebido de estos fármacos, tanto en el ser humano como en los animales, el principal responsable del problema actual de una resistencia antibiótica acelerada.

Las prescripciones médicas de antibióticos innecesarias, la venta sin receta médica de estos fármacos y el abuso por parte de los mismos pacientes, aceleran el proceso de la farmacoresistencia. No obstante , la industria ganadera es uno de los principales inculpados en el abuso del uso de antibióticos a nivel mundial.
De modo que en algunos países aproximadamente el 80% del consumo total de antibióticos de importancia médica se da en el sector animal, principalmente para estimular el crecimiento en animales sanos. [1]

Lo anterior ha ocasionado un aumento en el número de infecciones comunes que han logrado convertirse resistentes a tratamientos efectivos en el pasado; tales como infecciones urinarias, neumonía, tuberculosis, gonorrea, entre otras. Quedándonos sin herramientas eficaces para combatirlas en muchos casos.
Sin ir más lejos, la Organización Mundial de la Salud ha informado un aumento del 650% de los casos de tuberculosis multirresistente en África entre 2005 y 2012. [2]

Cómo consecuencia, la resistencia antibiótica prolonga las estancias hospitalarias, incrementa los costos médicos y aumenta la mortalidad.

Es por todo lo anterior que me parece extremadamente positivo que se esté utilizando los avances tecnológicos de la bioinformática médica en un asunto tan importante y urgente como lo es la resistencia bacteriana.

Como estudiante de medicina me parece muy interesante y sumamente esperanzador que haya sido posible encontrar 24 moléculas, a partir de otras moléculas ya conocidas, con un gran potencial antibiótico que nos puedan servir de herramienta para tratar las infecciones que hoy en día están fuera de nuestro espectro farmacológico.

Sin duda, sin el progreso de la tecnología en la medicina está nueva forma de encontrar nuevos medicamentos no sería posible.

No obstante, es fundamental que se cambie urgentemente la forma de prescribir y utilizar los antibióticos. Aunque se desarrollen nuevos medicamentos, si no se modifican los comportamientos actuales, la resistencia a los antibióticos seguirá representando una grave amenaza.

Debemos poner énfasis en prescribir antibióticos solo cuando sea únicamente necesario, educar a la población respecto al correcto uso de estos fármacos y por sobre todo, regular el uso extensivo que actualmente la industria ganadera realiza con los antibióticos. Se ha demostrado tras una investigación sistemática publicada en The Lancet Planetary Health que las intervenciones restrictivas del uso de antibióticos en animales destinados a la producción de alimentos reducen las bacterias resistentes a los antibióticos en estos animales en hasta un 32%. [3]
Los cambios de comportamiento también deben incluir medidas destinadas a reducir la prevención de la propagación de las infecciones.
Siendo la vacunación, el lavado de las manos, la educación sobre las enfermedades de transmisión sexual y como prevenirlas, la buena higiene alimentaria y entre otras medidas, herramientas fundamentales para ayudar a disminuir la resistencia bacteriana.

Se despide atentamente
Florencia Brito González
Alumna de 5to año de Medicina de la Universidad del Desarrollo, Santiago de Chile.

[1] https://www.who.int/es/news-room/detail/07-11-2017-stop-using-antibiotics-in-healthy-animals-to-prevent-the-spread-of-antibiotic-resistance
[2] Antimicrobial Resistance. Global Report on Surveillance.
World Health Organization, (2014),
[3] https://www.thelancet.com/journals/lancet/article/PIIS2542-5196(17)30141-9/fulltext