El potencial de las endolisinas como agentes antimicrobianos

Durante las últimas décadas, los virus bacteriófagos han demostrado su potencial como armas frente a las infecciones bacterianas, posicionándose como alternativas a otros agentes antimicrobianos, gracias a la acción de sus endolisinas frente a especies de bacterias específicas. En este ámbito, estamos trabajando en el grupo Operativo Salud Olivar en la obtención de endolisinas con acción frente a Xylella fastidiosa. Te contamos más detalles de esta herramienta biotecnológica.

Las endolisinas son unas enzimas producidas por los virus bacteriófagos, con secuencias específicas para cada uno de ellos, que les permiten actuar frente a una determinada especie o grupo de especies de bacterias. Cuando un virus bacteriófago infecta a una bacteria, entre el material genético que inyecta en la misma, se encuentra la secuencia de una endolisina. De esta manera, en la última fase del ciclo lítico, comienza la producción de endolisinas en el interior de las bacterias infectadas. Estas endolisinas de estructura relativamente sencilla, se acumulan individualmente en el citoplasma. Su función es acceder a la pared de peptidoglicano desde dentro para la lisar la célula y permitir la liberación de los viriones que ésta tiene en el interior, resultado en muerte celular. Para poder acceder a la pared de peptidoglicano, otras proteínas, las holinas, también codificadas por el material genético inyectado por los bacteriófagos, se encargan de crear poros en la membrana, depolarizándola para facilitar la difusión de las endolisinas a la pared celular para su degradación.

El tratamiento de las infecciones bacterianas resulta cada vez más complicado, debido a la incidencia en alza de cepas resistentes a antibióticos. Por este motivo, las endolisinas como sustitutivo o complemento a antibióticos u otros tipos de antimicrobianos, son cada vez más populares.  Además, las endolisinas presentan una serie de ventajas frente a otros tipos de antimicrobianos:

• En primer lugar, la mayoría de ellas presentan una especificidad cercana a nivel de especie por lo que los diferentes usos o tratamientos con este tipo de agentes pueden realizarse de manera muy específica. Esto es debido a que la co-evolución de los fagos con las bacterias, ha hecho que las endolisinas hayan evolucionado hacia mecanismos de anclaje y rotura de la pared en estructuras muy conservadas.
• Esta especificidad tiene otra ventaja, y es que, al no haber presión selectiva en las poblaciones afectadas, es muy improbable que se creen resistencias.
• Por otro lado, muchas endolisinas poseen dos sitios catalíticos para hidrolizar diferentes elementos de la pared de peptidoglicano, lo que también dificulta el desarrollo de resistencias.
• Otra ventaja muy importante es que las endolisinas no resultan dañinas para las células humanas ni para el resto de microbiota que forma el ecosistema a tratar.

Como hemos comentado anteriormente, la aplicación exógena de endolisinas resulta una herramienta muy potente a la hora de combatir infecciones bacterianas de diversa índole.

Resulta imperativo encontrar un sistema de producción de este tipo de moléculas que sea económico y de elevada eficiencia productiva ya que los métodos convencionales para la producción de endolisinas directamente a partir de bacteriófagos resultan complicados e ineficientes.

Producción recombinante de endolisinas

Gracias a las herramientas de secuenciación masiva disponibles actualmente, se pueden obtener las secuencias génicas de las endolisinas en poco tiempo, lo que facilita la vía recombinante para su producción. Tras un minucioso diseño genético, las endolisinas recombinantes se pueden producir en plataformas procariotas como por ejemplo E. coli, permitiendo producciones más eficientes y económicas que con otros sistemas. Una vez producidas, las endolisinas se pueden purificar mediante cromatografía de afinidad, y ser utilizadas como aditivos en diferentes productos en los que actuarán frente a las bacterias específicas desde fuera.

En la aplicación exógena de endolisinas a patógenos Gram positivos, que no poseen una membrana externa protectora, el efecto de las endolisinas es rápido puesto que la pared de peptidoglicano está expuesta a su acción, por lo que en estos casos se produce una rápida lisis desde el exterior.

Sin embargo, las endolisinas no son capaces por ellas mismas de acceder a la pared de peptidoglicano en bacterias Gram-negativas. Para solucionar este problema, el diseño genético deberá incluir sistemas que permitan la penetración de las endolisinas a través de la membrana celular.

Endolisinas frente a Xylella fastidiosa

En el marco del proyecto Salud Olivar, en AINIA estamos llevando a cabo el diseño genético, desarrollo y producción de un tipo de endolisina frente a Xylella fastidiosa, una de las plagas más problemáticas del sur de Europa, que afecta de manera agresiva e irreversible los cultivos olivares, entre otros. La infección con Xylella fastidiosa se ha convertido en una amenaza económica para el sector agrario y urge una solución efectiva.

La producción recombinante de endolisinas diseñadas específicamente para poder atravesar la membrana y romper la pared de Xylella fastidiosa podría resultar de enorme utilidad para el sector, ya que se podría incorporar purificada en formulados diversos para su aplicación en campos de olivos y otros tipos de cultivos amenazados por esta plaga.

El Grupo Operativo Salud Olivar es un consorcio de empresas y centros de investigación que trabajan en el desarrollo de una estrategia integrada de control de enfermedades que puedan mejorar los resultados económicos y la sostenibilidad del olivar español.

El Grupo Operativo Supraautonómico “Enfermedades y Plagas en Olivo: Desarrollo de soluciones para biocontrol (Salud Olivar)” está cofinanciado por la Unión Europea al 80% con cargo a FEADER y al 20% con cargo al Ministerio de Agricultura, Pesca y Alimentación, siendo la autoridad de gestión encargada de la aplicación de la ayuda FEADER y su parte nacional correspondiente la Dirección General de Desarrollo Rural, Innovación y Formación Agroalimentaria (DGDRIFA). Importe total de la ayuda aprobado: 384.830,06 €.

Los organismos responsables del contenido de este artículo son los miembros beneficiarios del Grupo Operativo Salud Olivar.

Para conocer los objetivos, programas, iniciativas, financiación, noticias y publicaciones relativas al desarrollo rural de la UE, visita el sitio web de la Comisión Europea dedicado al Desarrollo Rural