Sustancias bioactivas producidas por microorganismos halófilos

Facultad de Farmacia Universidad de Sevilla SUSTANCIAS BIOACTIVAS PRODUCIDAS POR MICROORGANISMOS HALÓFILOS Julia Babiano Casasola Sevilla, 2022 UNIVERSIDAD DE SEVILLA FACULTAD DE FARMACIA SUSTANCIAS BIOACTIVAS PRODUCIDAS POR MICROORGANISMOS HALÓFILOS Julia Babiano Casasola Tutores: Cristina Sánchez-Porro Álvarez y Antonio Ventosa Ucero Departamento de Microbiología y Parasitología Área de Microbiología Trabajo de Fin de Grado de carácter bibliográfico Grado en Farmacia Sevilla, 2022 1 RESUMEN Los organismos que tienen la capacidad de crecer en condiciones extremas han cobrado especial importancia en los últimos años, debido a sus hostiles parámetros de crecimiento. Los halófilos son un grupo de organismos capaces de prosperar en presencia de una salinidad elevada. Destacan por sus numerosas aplicaciones tanto potenciales como reales en distintos campos y tipos de industrias, entre ellas, la industria farmacéutica. La resistencia a los antibióticos es un problema de salud pública a nivel mundial, que está causando un aumento de la morbilidad y mortalidad. La aparición de bacterias multirresistentes genera la necesidad de obtención de nuevos compuestos con actividad antimicrobiana que puedan ampliar el arsenal terapéutico. Por otro lado, el cáncer sigue siendo una de las principales causas de muerte a nivel mundial, con una prevalencia cada vez mayor, siendo una de las enfermedades más temidas. Aunque las estrategias terapéuticas han evolucionado de forma significativa en los últimos años, la tasa de mortalidad de este grupo de enfermedades es muy alta y es necesario el descubrimiento de nuevas sustancias con actividad anticancerígena que mejoren el pronóstico de los paciente. Los microorganismos halófilos son productores de una gran cantidad de compuestos o sustancias con actividad biológica que pueden tener aplicabilidad en estos campos. En este Trabajo Fin de Grado nos hemos centrado en la recopilación de sustancias con actividades antimicrobiana y anticancerígena producidas por microorganismos halófilos, centrándonos con mayor profundidad en alguno de ellos. A pesar de la evidencia aportada, la investigación sobre este grupo de microorganismos extremos es aún escasa e insuficiente. Palabras clave: halófilos, sustancias bioactivas, resistencia antibióticos, compuestos cancerígenos. 2 ÍNDICE 1. INTRODUCCIÓN ......................................................................................................3 1.1. Ambientes extremos ..............................................................................................3 1.2. Salinidad ...............................................................................................................5 1.2.1. Ambientes acuáticos hipersalinos ....................................................................6 1.2.2. Sedimentos y suelos salinos ............................................................................7 1.3. Microorganismos halófilos .....................................................................................7 1.4. Aplicaciones biotecnológicas de los microorganismos halófilos .............................. 10 1.5. Resistencia a los antimicrobianos.......................................................................... 11 1.6. Necesidad de compuestos con actividad anticancerígena ........................................ 12 1.7. Sustancias bioactivas producidas por halófilos ....................................................... 13 2. OBJETIVOS DE LA REVISIÓN .............................................................................. 14 3. METODOLOGÍA ..................................................................................................... 15 4. RESULTADOS Y DISCUSIÓN. ............................................................................... 17 4.1. Compuestos bioactivos con actividad antimicrobiana ............................................. 17 4.2. Marinopirroles A y B ........................................................................................... 20 4.3. Compuestos con actividad anticancerígena ............................................................ 22 4.4. Salinosporamida A: Marizomib ............................................................................ 24 4.4.1. Aplicación en mieloma múltiple .................................................................... 26 4.4.2. Aplicación en glioma .................................................................................... 27 4.4.3. Aplicación en cáncer de mama triple negativo ................................................ 28 5. CONCLUSIONES..................................................................................................... 29 6. BIBLIOGRAFÍA ...................................................................................................... 30 3 1. INTRODUCCIÓN 1.1. Ambientes extremos En primer lugar, es importante definir el término ambiente extremo, existen varias definiciones. En el año 1993 Rodríguez-Valera (Rodríguez-Valera, 1993) lo definió como ambientes desfavorables y letales para la mayoría de los seres vivos, ambientes con valores límite para uno o más de sus parámetros fisicoquímicos, ya sea el valor del pH, de la temperatura, de las radiaciones, de la concentración de oxígeno, del potencial redox, de la presión hidrostática, de la salinidad o de la actividad del agua entre otros (Rodríguez-Valera, 1988; Rothschild, Mancinelli, 2001). Otros autores los definen como aquellos ambientes cuyas características varían constantemente, de forma brusca e impredecible, de modo que en ellos no se dan nunca las condiciones óptimas para el desarrollo y propagación de los seres vivos (Vera, 2018). Como consecuencia, estos ambientes presentan una menor diversidad de especies y solo un pequeño número de taxones han conseguido adaptarse, pudiendo crecer de forma óptima (Brock, 1979). Sin embargo, el estudio en profundidad de estos ambientes ha permitido comprobar que la diversidad de especies, aunque escasa, es mucho mayor a la esperada (Ventosa, 2006). Son muchos los ejemplos en la naturaleza de ambientes extremos como salinas, fumarolas marinas, glaciares, mares e incluso suelos, algunos podemos observarlos en la Figura 1. Figura 1. Ejemplos de ambientes extremos. 1. Glaciar Grey, Chile. 2. Mar Muerto, Israel. 3. Río Tinto en Huelva, España. 4. Desierto del Sahara. Los organismos capaces de desarrollarse, es decir, crecer óptimamente y permanecer activos en estos ambientes reciben el nombre de extremófilos. El término extremotolerante o extremotrofo se reserva para aquellos organismos que pueden tolerar las condiciones extremas pero, 1 2 3 4 4 presentan condiciones óptimas de crecimiento más moderadas (Torsvik, Ovreas, 2008). Aunque en estos ambientes existen organismos eucariotas, la mayoría de la diversidad está constituida por microorganismos procariotas (tanto arqueas como bacterias), así como por una gran diversidad de virus. En función de la propiedad fisicoquímica extrema a la que estén adaptados los microorganismos van a recibir distintas denominaciones. En este Trabajo Fin de Granos nos vamos a centrar en el estudio de los microorganismos halófilos que son los que crecen de forma óptima en presencia de sales. En la Tabla 1 se resumen las distintas denominaciones (Vera, 2018). Tabla 1. Categorías de microorganismos extremotolerantes y extremófilos en función de la naturaleza de su adaptación (adaptado de Vera, 2018). Condición ambiental extrema Denominación Ejemplo Alta presión hidrostática Piezotolerante Piezófilo Psychromonas hadalis Desecación Xerotolerante Xerófilo Xeromuces bisporus Metales pesados Metalo-tolerante Metalo-resistente Ferroplasma cupricumulans Oscilaciones bruscas de condiciones fisicoquímicas Poiquilotolerante Poiquilotrofo Microcoleus sp. Ácido pH Alcalino Acidófilo Alcalófilo Lactobacillus acidophilus Natronomonas pharaonis Radiación Radio-tolerante Radio-resistente Thermacoccus gammatolerans Salinidad Halotolerante Halófilo Haloferax volcanii Baja Temperatura Alta Psicrotrofo, psicrotolerante Psicrófilo Termófilo Hipertermófilo Polaromonas vacuolata Thermus aquaticus Es necesario tener en cuenta que un mismo organismo puede presentar adaptaciones a diferentes condiciones ambientales externas, estos términos no son excluyentes. De modo que pueden existir y existen organismos poliextremófilos, estos pueden vivir en ambientes que presentan varias condiciones extremas, perteneciendo, por tanto, a más de una de las categorías descritas en la Tabla 1. (Mesbah, Wiefel, 2012). Como ejemplo de poliextremófilos podemos mencionar a Natranaerobius thermophilus y Halonatronum saccharophilum, ambos microorganismos pertenecen al grupo de alcalitermófilos halófilos. Estos anaerobios habitan en zonas con altas concentraciones de sales, 5 el pH es alcalino y que se encuentran a elevadas temperaturas como consecuencia de la intensa radiación solar a la que están sometidos, por lo tanto, estos microorganismos han desarrollado varios mecanismos de adaptación que les permitan vivir en estas condiciones (Mesbah, Wiegel, 2008). El importante potencial biotecnológico de los microorganismos extremófilos radica entre otros factores en que sus enzimas pueden permanecer activas en un amplio rango de condiciones ambientales (Vera, 2018). 1.2. Salinidad En primer lugar, es necesario definir el término salinidad. Este se refiere a la presencia de solutos inorgánicos, tales como sodio, magnesio, calcio, potasio, etc, en disolución, lo que provoca una disminución del agua disponible y una alta concentración de iones (Rhoades et al., 1999). El potencial o actividad del agua es una medida de la disponibilidad de este con respecto el agua pura. El valor de este potencial disminuye a medida que aumenta la concentración de solutos disueltos en agua (Vera, 2018). Como sabemos, la presión osmótica rige el flujo de agua a través de las membranas biológicas, ya que son permeables al mismo. El agua siempre se mueve del compartimento con mayor potencial de agua al que menor, hasta alcanzar el equilibrio. De este modo, si el potencial del medio externo es bajo, debido a la alta presencia de solutos disueltos, el agua fluye desde el organismo hasta el exterior, ocasionando lo que se conoce como plasmólisis, deshidratación y la consiguiente muerte del organismo. Para evitar la muerte por deshidratación, los organismos que habitan estos sistemas disponen de una serie de estrategias que les permiten mantener sus funciones vitales (Martin et al., 1999; Gunde-Cimerman et al., 2018). Sin embargo, es necesario tener en cuenta que el efecto de la salinidad no depende solo de la concentración absoluta de iones disueltos sino que también depende de la concentración relativa y las propiedades específicas de los mismos. La mayor parte de los ambientes hipersalinos estudiados hasta el momento están dominados por la presencia de cloruro sódico (Fox-Powell et al., 2016). Pero además estos ambientes pueden presentar algún otro parámetro con valores extremos como por ejemplo elevados valores de pH (Durán, 2019). Por lo general son hábitats acuáticos, como estanques de salinas solares, lagos salados naturales o cuencas marinas. También encontramos suelos hipersalinos y sedimentos salados (Ventosa et al., 2008). Se consideran ambientes también hipersalinos a algunas minas y depósitos de sal, 6 plantas desérticas, pieles curtidas con soluciones salinas y productos en salmuera, salazón y fermentados (Ventosa, 2006). 1.2.1. Ambientes acuáticos hipersalinos Un ambiente acuático se considera hipersalino cuando la concentración de sales es superior a la salinidad del mar que se sitúa en torno al 3,5% NaCl (Rodríguez-Valera, 1988). Podemos distinguir 2 tipos de ambientes acuáticos hipersalinos en función del origen y la naturaleza de las sales: 1. Talasosalinos: son de origen marino por lo que presentan una composición en sales similar a la del agua del mar, con predominio de los iones sodio y cloro. Encontramos también, aunque en menor proporción, magnesio, sulfato, calcio, bromo, flúor y carbonato (Durán, 2019). Cuando el agua se evapora y precipitan las sales, aumenta el contenido en magnesio y cloro (Rodríguez-Valera, 1988). Como ejemplo de este tipo de ambiente podemos mencionar las salinas marinas que se utilizan para la obtención de sal común (Vera, 2018). Las salinas además están sometidos a una importante irradiación solar, oscilaciones bruscas de temperatura y a una baja concentración en oxígeno disuelto (Rodríguez-Valera, Ruiz-Berraquero, 1983) (Figura 2). 2. Atalasosalinos: en este caso, se originan como consecuencia de la disolución de depósitos minerales de origen continental, por lo que la composición iónica es diferente a la del agua del mar (Oren, 1983). Se trata de un conjunto de sistemas con distintas composiciones iónicas, dando lugar a hábitats muy diferentes entre sí. En algunos predominan cationes divalentes como el calcio y el magnesio (Rodríguez-Valera, RuizBerraquero, 1983; Durán, 2019). Ejemplos de aguas atalasosalinas son el Mar Muerto y el Gran Lago Salado en EEUU. Dentro de este grupo encontramos también a los lagos alcalinos, que presentan valores de pH superiores a 8, en ellos predominan los aniones carbonato y cloruro, como ejemplos tenemos los lagos de Wadi Natrun en Egipto y el lago Magadi en Kenia (Oren, 2002) (Figura 2). Figura 2. Ejemplos de ambientes acuáticos hipersalinos. A, Salina de Fuencaliente en las Islas Canarias. B, El Gran Lago Salado en Utah. C, El lago Magadi en Kenia. A B C 7 1.2.2. Sedimentos y suelos salinos Los sedimentos y suelos están íntimamente relacionados, en ambos casos el sustrato es sólido, pero es necesario hacer una distinción entre ellos, ya que no son lo mismo. Los sedimentos hipersalinos se producen como consecuencia de la acumulación por sedimentación desde la columna de agua tanto de biomasa como de material terrígeno. Las columnas de agua se encuentran constantemente saturadas, lo que provoca que los sedimentos se encuentren en condiciones de falta de oxígeno, anoxia. En este caso, la sal proviene de la propia columna de agua. Como ejemplo podemos mencionar a los sedimentos que encontramos en los lagos salados (Mesbah et al., 2007). En el caso de los suelos hipersalinos (Figura 3) son sistemas subaéreos que se han creado a partir de roca y material sedimentado debido a la acción de elementos físicos, químicos o biológicos. Presentan una estructura muy heterogénea, estando formado por las 3 fases: líquida, sólida y gaseosa. Además, sus características fisicoquímicas varían a lo largo del tiempo y el espacio debido a que están influenciados por el clima. En este caso, la sal puede tener varias procedencias: por un lado, puede ser consecuencia de una salinización primaria como por ejemplo: del propio material geológico original, pueden deberse de la influencia mareal en zonas costeras, del insuficiente drenaje del suelo o de tasas de precipitación insuficientes en áreas con climas áridos. Por otro lado, su origen puede ser también como consecuencia de acciones antropogénicas, es decir, una salinización secundaria, ejemplos son: riegos mediante el uso de prácticas no adecuadas, fertilización o modificación de los niveles freáticos (Abrol et al, 1988; Groffman, Bohlen, 1999; Schmidt, Schaechter, 2012). Figura 3. Ejemplos de suelos salinos. A, Suelo afectado por la salinización. B, Suelo salino del saladar de Cordovilla. 1.3. Microorganismos halófilos El término halófilo proviene del griego y su significado es amigo de la sal (“hals” es sal y “phil” amigo). Por lo tanto, los microorganismos halófilos son aquellos que presentan un alto requerimiento salino, en otras palabras, tienen la capacidad de crecer a altas concentraciones de sales. Necesitan la presencia de iones de sodio en el medio tanto para su metabolismo como para su crecimiento (Corral et al., 2019). A B 14 que los halófilos han despertado interés ha sido por la estabilidad de sus macromoléculas (Santhaseelan et al., 2022). Estudios recientes han demostrado la utilidad de los microorganismos halófilos como fuente de compuestos bioactivos que presentan un alto potencial farmacéutico (Corral P et al., 2018; Contreras-Castro et al., 2020; Jimenez PC et al., 2020; Santhaseelan et al., 2022). 2. OBJETIVOS DE LA REVISIÓN La falta de arsenal terapéutico para combatir a los microorganismos resistentes es uno de los principales problemas de salud pública de las últimas décadas. Por otro lado, el cáncer supone la principal causa de muerte a nivel mundial, siendo necesaria la búsqueda de nuevas terapias que aumenten la supervivencia y esperanza de vida de estos pacientes. Los microorganismos halófilos constituyen un grupo de microorganismos muy interesantes que pueden constituir el punto de partida para la búsqueda y obtención de nuevas sustancias con actividad y utilidad en la medicina clínica actual. Hace 3 años entré a formar parte del Departamento de Microbiología y Parasitología de la Facultad de Farmacia de la Universidad de Sevilla como alumna interna en el grupo de investigación BIO-213 “Microorganismos halófilos”, fue entonces cuando comencé a familiarizarme con este grupo de microorganismos. Me pareció interesante realizar mi Trabajo Fin de Grado sobre estos microorganismos halófilos intentando así fomentar mi conocimiento sobre ellos y el interés de sus aplicaciones. Dentro de los principales objetivos de esta revisión bibliográfica titulada “Sustancias bioactivas producidas por microorganismos halófilos” podemos mencionar: 1. Definir los ambientes extremos en general y los ambientes salinos en particular, destacando los microorganismos que habitan en ellos. 2. Poner de manifiesto la importancia actual y potencial de los microorganismos halófilos a nivel industrial 3. Realizar una revisión de las sustancias bioactivas que están descritas actualmente producidas por estos microorganismos y analizar sus perspectivas futuras, centrándonos en sustancias con capacidad antimicrobiana y anticancerígena. 4. Describir con detalle algunos de los compuestos bioactivos. 15 3. METODOLOGÍA El título de esta revisión bibliográfica es “Sustancias bioactivas producidas por microorganismos halófilos”. En base a este título, para la búsqueda de información se utilizaron palabras clave generales tales como “halófilos”, “resistencia antibióticos”, “sustancia bioactiva”, “anticancerígenos”. También se utilizaron palabras clave específicas como “marizomib”, “mieloma múltiple”, “marinopirroles” y “biosurfactante”, entre otras. Para la obtención de la información se realizaron búsquedas bibliográficas en diferentes medios digitales como bases de datos, páginas web de organismos oficiales, sociedades científicas. Principalmente se ha utilizado la información de artículos científicos obtenidos a través de “National Library of Medicine” también conocido como “Pubmed” (https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/). Se trata de una base de datos de libre acceso que contiene literatura actualizada de revistas de biomedicina y de ciencias de la vida. Se utilizaron otras fuentes como: - Google Scholar (https://scholar.google.es/schhp?hl=es) - Medline (https://medlineplus.gov/spanish/ ) - PubChem (https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/ ) - Sociedad Española de Enfermedades Infecciosas y Microbiología Clínica (https://seimc.org/) - Organización Mundial de Salud (https://www.who.int/es) - American Cancer Society (https://www.cancer.org/es.html) - Mayo Clinic (https://www.mayoclinic.org/es-es) - Johns Hopkins Medicine (https://www.hopkinsmedicine.org/international/espanol/index.html) Para poder contar con información contrastada se ha contado con el acceso al Portal Web de la Biblioteca de la Universidad de Sevilla (https://bib.us.es/ ). Se ha recurrido también, a la información proporcionada por fuentes secundarias como revistas científicas de diferentes temáticas y países, que nos han ayudado a concretar en la información buscada, entre ellas podemos mencionar: • Marine Drugs (https://www.mdpi.com/journal/marinedrugs) • Extreme Microbiology (https://www.frontiersin.org/journals/microbiology/sections/extreme-microbiology) • Marine Biotecnology (https://www.springer.com/journal/10126) • Food Microbiology (https://www.sciencedirect.com/journal/food-microbiology) 16 • Nature (https://www.nature.com/) • Cambridge University Press (https://www.cambridge.org/) • Antimicrobial Resistance & Infection Control (https://aricjournal.biomedcentral.com/) • The Journal of Antibiotics (https://www.nature.com/ja/) • Environmental Microbiology (https://sfamjournals.onlinelibrary.wiley.com/journal/14622920) • Microorganism (https://www.mdpi.com/journal/microorganisms) • Invurnus (https://invurnus.unison.mx/index.php/INVURNUS) • Revista Médica de Risaralda (https://revistas.utp.edu.co/index.php/revistamedica) • BioScience (https://academic.oup.com/bioscience) En numerosas ocasiones ha sido necesario la utilización de traductores de idiomas, ya que la mayoría de la bibliografía era en inglés. Para ello he utilizado “Deepl” (https://www.deepl.com/es/translator) y “Word reference” (https://www.wordreference.com/) . Además, para que la información fuese lo más reciente posible se utilizaron filtros de búsqueda, de modo que nos permitiese acceder a la información más precisa. Los artículos publicados en los últimos años han sido de mayor relevancia, ya que durante este periodo de tiempo los halófilos han cobrado mayor importancia. Sin embargo, han sido necesarios la utilización de artículos de años anteriores para sentar las bases de esta revisión. Debido a la gran cantidad de información obtenida en la búsqueda, se han utilizado una serie de criterios para la selección y evaluación de la misma: - Se han priorizado aquellos artículos que provenían de fuentes de reconocida y alta solvencia y reconocimiento. - Se ha tenido en cuenta el número de veces que los artículos han sido nombrados o citados. - Se ha tenido en cuenta el título y el resumen del artículo científico. 17 4. RESULTADOS Y DISCUSIÓN. 4.1. Compuestos bioactivos con actividad antimicrobiana El agotamiento del arsenal antimicrobiano disponible hace necesario la investigación de nuevas fuentes de obtención de compuestos con actividad frente a las bacterias resistentes. Fue en el año 1982 cuando Rodríguez-Valera y colaboradores notificaron las primeras sustancias con actividad antimicrobiana de origen halófilo, las halocinas procedentes de varios miembros del género Halobacterium (Rodríguez-Valera et al., 1982). Las halocinas son compuestos proteicos con actividad antimicrobiana que tienen la capacidad de inhibir el crecimiento de otras comunidades microbianas, permitiendo la supervivencia de la especie que lo sintetiza (Gohel et al., 2015). Cuando las condiciones de cultivo son las óptimas, tanto los microorganismos halófilos como los halotolerantes tienen la capacidad de sintetizar compuestos con actividad antimicrobiana. Se han aislado gran cantidad de compuestos con actividad procedentes de los géneros Bacillus, Actinobacteria, Halorubrum y Aspergillus (Santhaseelan et al., 2022). Además, se ha comprobado que algunos microorganismos halófilos tienen incluso la capacidad de sintetizar compuestos con actividad antiviral (Santhaseelan et al., 2022). Actualmente, la mayor parte de los fármacos antibacterianos utilizados en la medicina clínica provienen de fuentes naturales (Jakubiec-Krzesniak et al., 2018). A continuación vamos a detallar algunos de los compuestos bioactivos descritos hasta la fecha producidos por bacterias, arqueas y hongos halófilos. Son numerosas las bacterias halófilas que tienen la capacidad de sintetizar metabolitos secundarios con actividad antimicrobiana. Las actinobacterias son las principales responsables de la inhibición de patógenos clínicos, destacando los géneros Nocardiopsis y Streptomyces (Giordano, 2020; Santhaseelan et al., 2022). En la Tabla 2 se recogen algunos de estos compuestos, así como los microorganismos productores de moléculas. Los biosurfactantes son moléculas activas que generan una superficie anfipática que presenta tanto fracciones hidrofóbicas como hidrofílicas, lo que se conoce como tensioactivos. Pueden ser sintetizados por gran variedad de microorganismos como hongos, levaduras y bacterias (Sharma et al., 2021). Los biosurfactantes de origen bacteriano han generado en los últimos años un gran interés por su potencial terapéutico y medico debido a que presentan actividad antibacteriana, antifúngica y antiviral (Bjerk et al., 2021). 18 Tabla 2. Bacterias halófilas, sus moléculas y la actividad antimicrobiana (Corral P et al., 2019, Santhaseelan et al., 2022). Género Sustancia bioactiva Actividad antimicrobiana Bacillus sp. • Licopéptidos surfactantes • 13docosenamida (Z) • Manosamina • 9-octadecenamida • N,N,N´,N´. tetrametilo Antiviral contra el Virus del Síndrome de las Mancha Blanca Antimicrobiano frente a Escherichia coli, Staphylococcus aureus, Pseudomona aeruginosa y Salmonella typhi Bacillus firmis VE2 Subtilisina A Antifúngico frente a Candida albicans y Candida parapsilosis Halobacilluskarajiensis y Alkalibacillussamallahensis Biosurfactantes Activo frente a Klebsiella pneumoniae y Aspergillus flavus Halomonas salifodinae Extracto de acetato de etilo Patógenos acuáticos: Vibrio parahaemolyticus, Vibrio harveyu, Aeromonas hydrophila y Pseudomonas aeruginosa Halomonas sp. BS4 Biosurfactantes: • 1,2-etanodiamida • N,N,N´,N´-tetra, 8-metil-6noneamida • (Z)-9-octadecenamida Activos frente a : Staphylococcus aureus, Klebsiella pneumoniae y Salmonella typhi Marinispora sp. Linamicina A-E Amplio espectro frente a bacterias Grampositivas y Gram-negativas. Activos frente: o Staphylococcus aureus resistente a la meticilina o Enterococcus faecium resistente a la vancomicina Nocardioides sp. Sobrenadantes celulares: glicolípidos y/o lipopéptidos Antibacterianos frente a Staphylococcus aureus y Xanthomonas oryzae Nocardiopsis sp. • Pirrolo (1,2-A(pirazina-1,4diona, hexahidro-3-(2metilpropil)-) • Actimonicina C2 Antifúngica, antibacteriana y antiviral Nocardiopsis sp. Borrelidina C-E Macrólido activo frente a Salmonella enterica Paenibacillus sambharensis Bacitracina A Activo frente Staphylococcus aureus Salinispora arenicola Rifamicina B, S y W Activa frente a varias especies del género Mycobacteryum: M. leprae, M. avium, M. lepromatosis y M. tuberculosis Salinispora arenicora Salinisporamicina Staphylococcus aureus Bacillus subtilis Salinispora arenicora CNR-647 Salinispora arenicora CNB-527 Arenimicina A Arenimicina B Staphylococcus aureus resistente a rifampicina y meticilina. Enterococcus faecalis y Enterococcus faecium Inhibición del bacilo Calmette-Guérin de Mycobacterium bovis Salinispora arenicora CNS-205 Ciclomarazinas A y B Staphylococcus aureus Enterococcus faecium Streptomonospora alba Streptomonomicina Frente a Gram-positivos: Bacillus anthracis, Bacillus cereus, Bacilo halodurans, Bacillus subtitis Listeria monocytogenes, Enterococcus faecalis, Staphylococcus aureus y Mycobacteryum smegmatis Streptomyces sp. B6921 Fridamicina D Himalomicina A y B Presentan actividad frente a: Staphylococcus aureus, Escherichia coli, Bacillus subtilis y Streptomyces viridochromogenes Streptomyces sp. CNQ-418 Marinopirroles A Staphylococcus aureus resistente a la 19 Género Sustancia bioactiva Actividad antimicrobiana Marinopirroles B meticilina Vibrio A1SM3-36-8 13-cis-docosenamida Staphylococcus aureus resistente a meticilina Vibrio parahaemolyticus B2 Vibrindole A Staphylococcus aureus, Scaphirhynchus albus y Bacillus subtilis Por su especial interés debido a que presenta actividad antimicrobiana frente a Staphylococcus aureus resistente a la meticilina (MRSA), uno de los grandes problemas actuales de salud pública, profundizaremos en el estudio de los marinopirroles A y B. Con respecto a los compuestos producidos por arqueas halófilas, revisando la literatura encontramos 56 géneros que producen halocinas, que como ya hemos mencionado anteriormente son compuestos con actividad antimicrobiana, cuya función principal es la competencia entre especies. Haloquadratum walsbyi produce vesículas de gas que contienen halocinas capaces de destruir a otras arqueas. Sin embargo, no hay evidencia de que las halocinas sean efectivas frente a patógenos humanos (Santhaseelan et al., 2022). No se han reportado nuevos compuestos con actividad antimicrobiana sintetizados por haloarqueas. Son varias las razones que justifican la falta de investigación biotecnológica en este dominio, entre ellas, el elevado tiempo de cultivo que ronda entre 5 y 30 días (Corral et al., 2019). Los hongos son el pilar del descubrimiento de los antimicrobianos. La mayoría de los hongos halófilos capaces de sintetizar compuestos con actividad antimicrobiana lo hacen en rangos de salinidad baja (Plemenitas et al., 2014). En este caso, destacan varias especies halófilas dentro del género Aspergillus como principales productoras de antibióticos, aisladas de sedimentos submarinos (Corral et al., 2019). En la Tabla 3 se muestran algunos de los compuestos antimicrobianos producidos por hongos halófilos. Tabla 3. Hongos halófilos, sus moléculas y su actividad antimicrobiana (adaptado de Corral et al., 2019). Especie Sustancia bioactiva Actividad antimicrobiana Aspergillus protuberus MUT 3638 Bisvertinolona o Bisvertinol Staphylococcus aureus, Acinetobacter baumanii, Burkholderia metallica y Klebsiella pneumoniae Aspergillus flavus Aspergillus gracilis Aspergillus penicillioids Extractos crudos (la molécula no ha sido identificada) Presentan actividad antimicrobiana y antioxidante. Aspergillus flocculosus PT05-1 • (22R,23S)-epoxi-3β,11α,14β,16βtetrahidroxiergosta-5,7-dien-12-ona • 6-(1H-pirrol-2-il)hexa -1,3,5-trienil-4-metoxi2 H -piran-2-ona Enterobacter aerogenes, Pseudomonas aeruginosa y Candida albicans Enterobacter aerogenes 20 Especie Sustancia bioactiva Actividad antimicrobiana Aspergillus terreus PT06-2 • Terremidas A y B • Terrenolactona A Pseudomonas aureginosa y Enterobacter aerogenes 4.2. Marinopirroles A y B Staphylococcus aureus es una bacteria Gram-positiva anaerobia facultativa, coagulasa positivo. Se trata de un comensal que puede estar presente de forma asintomática en portadores sanos, habitando en la piel, glándulas cutáneas y membranas mucosas (Lakhundi, Zhang, 2018). Este patógeno oportunista tiene la capacidad de producir distintos tipos de infecciones que afectan a diferentes órganos y tejidos como por ejemplo infecciones cutáneas, osteomielitis, meningitis, endocarditis, sepsis o pulmonía entre otras (Conlon, 2014). Podemos encontrarla distribuida de forma amplia en la naturaleza, en aguas, residuos, aire, etc. Tiene la capacidad de sintetizar unas toxinas llamadas enterotoxinas estafilocócicas, que son muy resistentes tanto a la congelación, al calor y a la irradiación. Las principales vías de transmisión de esta bacteria son: alimentopersona, persona-persona y animal-persona, por normal general el contagio es por contacto de piel con piel. Este microorganismo es uno de los principales responsables de infecciones tanto nosocomiales como a nivel no hospitalario, siendo una de las causas más importantes de morbilidad y mortalidad a nivel mundial de origen infeccioso. La problemática de este patógeno radica en la capacidad que presenta para volverse resistente a los antibióticos, disminuyendo así las opciones terapéuticas disponibles para su tratamiento, siendo la cepa de Staphylococcus aureus resistente a la meticilina (MRSA) una de las más importantes a nivel clínico. Estas son las razones por las que Staphylococcus aureus se encuentra clasificado como patógeno “ESKAPE” (Yang et al., 2016; Cheung et al., 2021). MRSA es un patógeno muy virulento y con una gran capacidad para desarrollar resistencia, esto hace que sea considerado como una amenaza para la salud pública. Es responsable de la mayor parte de las infecciones a nivel de la piel y de los tejidos blandos, además se asocia a con mayores tasas de mortalidad que las infecciones causadas por otras cepas (Lakhundi, Zhang, 2018). En la actualidad, el tratamiento de primera línea de la infección causada por esta bacteria se basa en vancomicina, un antibiótico del grupo de los glicopéptidos. El problema radica en la reciente y creciente aparición de cepas de Staphylococcus aureus resistente a la vancomicina (Yang et al., 2016). En los últimos años, se ha ampliado el conocimiento sobre los mecanismos de patogenia y los determinantes de virulencia de este microorganismo, es importante utilizar esta nueva 21 información para el desarrollo de nuevos fármacos que sean útiles para el tratamiento de sus infecciones. Los marinopirroles A y B (Figura 6) son alcaloides de origen natural con actividad antibacteriana obtenidos de la bacteria Streptomyces sp. CNQ-418 (Hughes et al., 2008). Figura 6. Estructura de los marinopirroles A y B (Hughes et al., 2008). Estas moléculas presentan una estructura muy novedosa y sin precedentes, han sido denominados como compuestos 1,3,- bipirroles densamente halogenados. Estos además son planos. Como podemos observar en la Figura 6 los marinopirroles están formados por un núcleo central 1,3-bipirrol, dos sustituyentes saliciloilo y numerosos restos halogenados. Se trata de compuestos axialmente quirales (Hughes et al., 2010). La única diferencia entre ambos compuestos se basa en la presencia de un átomo de bromo en el marinopirrol B (Li, 2016). Ambos compuestos son estables a temperatura ambiente, además, se ha comprobado que el marinopirrol A es estable tanto configuracional como constitucionalmente en un amplio rango de variaciones del pH, tanto ambientes ácidos como básicos, sin embargo, puede racemizarse cuando la temperatura supera los 100ºC (Hughes et al., 2010). Desde su aislamiento en el año 2008, han sido varias las rutas utilizadas para su síntesis. La primera síntesis total del marinopirrol A se consiguió en 9 pasos con un rendimiento total del 30% (Cheng et al., 2010). La biosíntesis más reciente del marinopirrol A se basa en el homoacoplamiento de N,C-bipirrol, catalizado por la acción de dos enzimas halogenasas que son dependientes de flavina (Yamanaka et al., 2012) . Por su parte, la primera síntesis del marinopirrol B racémico se basa en una reacción de N-alquilación con un aceptor de Michael que tiene como característica novedosa la presencia de un grupo saliente alílíco, que permite la construcción de un anillo de pirrol en el átomo de nitrógeno presente en un 3-bromo-4,5dicloropirrol; el segundo pirrol se obtuvo a través de una reacción de Paal-knorr (Cheng et al., 2013). Tanto el marinopirrol A como el B presentan actividad antibiótica frente a Staphylococcus aureus resistentes a la meticilina con una concentración inhibitoria menor a 1 microgramos/ml (Cheng et al., 2013). 22 Un estudio realizado en el año 2013 por Cheng y colaboradores evaluó la actividad antibiótica del marinopirrol A y de sus derivados frente a 7 bacterias Gram-positivas y 3 Gram-negativas. Todos los compuestos analizaron fueron inactivos frente a los patógenos Gram-negativos (Klebsiella pneumoniae, Pseudomonas aeruginosa y Escherichia coli). Por el contrario, demostraron actividad in vitro frente a los 7 patógenos Gram-positivos. El marinopirrol A mostró un nivel de actividad antibiótica frente a MRSA y Staphylococcus epidermidis resistente a la meticilina, equiparable a la de la vancomicina (Cheng et al., 2013). El principal problema de este producto natural, marinopirrol A, es la disminución de su actividad frente MRSA en presencia de suero humano (Liu et al., 2014). Tras comprobar la actividad de estos compuestos, se evaluaron sus propiedades fisicoquímicas y se determinó que no cumplían la regla de Lipinski o también conocida como regla del cinco, esta nos permite determinar de forma empírica y cualitativa la viabilidad de una molécula para convertirse en un fármaco con buenas propiedades LADME (liberación, absorción, distribución, metabolismo y excreción) (Yang et al., 2016). Debido a las razones anteriormente expuestas, los estudios sobre este compuesto se basan en la optimización de su estructura mediante la síntesis de derivados del marinopirrol A tanto asimétricos como simétricos o cíclicos, para obtener un nuevo grupo de medicamentos que pueda ser utilizado frente a MRSA (Liu et al., 2014). 4.3. Compuestos con actividad anticancerígena Los géneros con mayor capacidad de producción de compuestos con actividad anticancerígena son Nocardiopsis, Streptomyces, Bacillus, Halomonas y Aspergillus (Giordano, 2020), como se muestra en la Tabla 4. La mayoría de bacterias y arqueas halófilas son productoras de carotenoides, pigmentos antioxidantes liposolubles de color amarillo, naranja o rojo. Estudios recientes tanto in vitro como in vivo han demostrado que existe una relación inversamente proporcional entre la ingesta de algunos carotenoides, por ejemplo el licopeno, beta-caroteno o la luteína, en niveles dietéticos y la aparición de células cancerosas. El mecanismo de quimioprevención se basa en la capacidad de varios carotenoides de inducir la apoptosis y detección del ciclo celular de las células cancerosas, en otras palabras, que pueden disminuir la mutagénesis y la carcinogénesis, esto se debe a que son compuestos con actividad antioxidante. Pueden por lo tanto disminuir la viabilidad de algunas líneas celulares como la del cáncer de próstata o el melanoma, entre otros (Tanaka et al., 2012; Rezaeeyan et al., 2017). 23 Tabla 4. Microorganismos halófilos, sus metabolitos con actividad anticancerígena, el mecanismo de acción y el cáncer sobre el que actúan (adaptado de Corral et al., 2019). Dominio Especie Compuesto con actividad Tipo de actividad/Mecanismo de acción Línea celular sobre la que actúa Bacteria Actinopolyspora erythraea YIM 90600 Tubercidina Estabilizador del supresor tumoral Pdcd4 (Programmed Cell Death Protein 4). Supresor de tumores Bacteria Bacillus sp. L-asparaginasa Inhibición celular Leucemia linfoblástica aguda Bacteria Bacillus sp. BS3 Biosurfactantes Reducen la viabilidad celular Carcinoma epitelial de mama Bacteria Halomonas smyrnensis AAD6 Polisacárido leván y derivados activados Adenocarcinoma de mama Adenocarcinoma de pulmón Adenocarcinoma hepatocelular de hígado Adenocarcinoma gástrico Bacteria Halomonas sp. BS4 Biosurfactantes Reducen la viabilidad celular Carcinoma de mama epitelial. Bacteria Halomonas stenophila strain B100 Exopolisacárido sobresulfatado Bloqueo dosis-respuesta de las células T leucémicas humanas Leucemia linfoblástica. Bacteria Kocuria sp. QWT12 Carotenoide Reduce la viabilidad celular Cáncer de mama MCF-7, MDA-MB468 y MDA-MB231 Cáncer de pulmón humano A549 Bacteria Nocardiopsis lucentensis DSM 44048 Nocarbenzoxazol G Citotóxica Carcinoma hepático Cáncer de cuello de útero Bacteria Piscibacillus sp. C12A1 Extracto crudo Disminuye la viabilidad de la línea celular MDA-MB-231 mediante regulación negativa de la expresión de Bcl-xL y CDK-2. Inhibición de la migración celular y la formación de colonias de células Adenocarcinoma de mama Bacteria Salicola sp. L-glutaminasa Inhibición celular Leucemia linfoblástica aguda Bacteria Salinispora arenícola CNR647 Arenimicina A Citotóxica frente a la línea celular HCT116 Cáncer colonorrectal Bacteria Salinispora arenicola CNS205 Ikarugamicina Reducción dosis dependiente de la liberación de IL-8, de la viabilidad celular de las células de leucemia promielocitica humana HL-60 Inhibición de la lipoproteína de baja densidad oxidada de los macrófagos J774 Leucemia promielocítica humana Bacteria Salinispora tropica CNB-392 Salinosporamida A Inhibición del proteasoma 20S Mieloma múltiple Mieloma múltiple en recaída y/o 30 6. BIBLIOGRAFÍA Abrol, IP, Yadav JSP, Massoud FI. Salt-affected soils and their management. FAO soils bulletin 39 (Rome). 1988. 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