Revelado el mecanismo de acción bactericida de la violaceína

Es un pigmento violeta producido por microorganismos existentes en el ambiente como la Chromobacterium violaceum, y posee diversas actividades biológicas

Agência FAPESP – En un artículo publicado en la revista ACS Infectious Diseases, científicos brasileños describieron el mecanismo de acción bactericida de la violaceína, un pigmento violeta producido por bacterias ambientales, especialmente las de la especie Chromobacterium violaceum.

Según los autores del referido estudio, esta sustancia tiene como blanco la membrana citoplasmática de ciertas bacterias, y afecta fundamentalmente a las de tipo grampositivas, como las de los géneros Streptococcus, Enterococcus y Listeria. Entre las diversas actividades biológicas que se conocen de este compuesto se encuentra su capacidad para destruir a esos microorganismos, incluso a aquéllos que ya se han vuelto resistentes a los antibióticos actualmente disponibles en la clínica.

La investigación se realizó con el apoyo de la FAPESP y estuvo a cargo de los grupos de investigación coordinados por Frederico Gueiros-Filho, del Instituto de Química de la Universidad de São Paulo (IQ-USP), y por Marcelo Brocchi, del Instituto de Biología de la Universidad de Campinas (Unicamp).

“Se sabe que este pigmento es un potente bactericida desde 1945, pero su mecanismo de acción nunca había sido estudiado. Contamos con innumerables moléculas que poseen actividad biológica reportadas en la literatura, pero para que puedan dar origen a fármacos, antes es necesario descubrir cómo actúan”, dijo Gueiros-Filho.

Un blanco atractivo

La violaceína es un producto natural, un pigmento derivado del aminoácido triptofano. Es elaborada como un metabolito secundario por varias bacterias filogenéticamente distintas, existentes en ambientes tales como océanos, glaciares, ríos y suelos. La primera bacteria descrita como productora de violaceína y la más estudiada hasta este momento es la C. violaceum.

Esta molécula llamó la atención a causa de su amplio espectro de actividades biológicas. Aparte de ser un potente antibacteriano, incluso contra patógenos resistentes a antibióticos como el Staphylococcus aureus, resistente a la meticilina, posee actividad antifúngica, antiprotozoaria, antiviral, antitumoral y antioxidante. En diversos estudios se describen estas propiedades, pero el tema era identificar, según Gueiros-Filho, el blanco y el modo de acción de la violaceína.

El primer paso del estudio, según el investigador, consistió en tratar a las bacterias de las especies Bacillus subtilis y Staphylococcus aureus con violaceína. Mediante el empleo de microscopía de fluorescencia y un conjunto de colorantes, el grupo constató que el pigmento permeabiliza rápidamente a las células de las bacterias. La permeabilización celular surgió junto con la aparición de discontinuidades visibles (cortes) en la membrana citoplasmática, aunque la pared celular no fue afectada. Los investigadores también demostraron la permeabilización de las membranas al medir el escape de ATP (trifosfato de adenosina, una molécula que almacena energía) de las células tratadas.

Posteriormente, en colaboración con el grupo de la profesora Iolanda M. Cuccovia, también del IQ-USP, se profundizó el estudio mediante la realización de experimentos in vitro. Las pruebas mostraron que la violaceína también perturba la estructura y la permeabilidad de los liposomas, esferas huecas circundadas por membranas creadas en el tubo de ensayo a partir de los mismos componentes que forman la membrana de las células, los fosfolípidos.

“Con estos experimentos demostramos que lo observado en las células puede adjudicarse a un efecto directo de la violaceína en la membrana”, dijo Gueiros-Filho.

Asimismo, se emplearon simulaciones computacionales de dinámica molecular, a los efectos revelar de qué manera se inserta la violaceína en bicapas lipídicas como las que forman la membrana citoplasmática.

Con base en los resultados obtenidos, los autores del estudio plantean que la presencia de la violaceína intercalada entre los fosfolípidos es suficiente como para interferir en la organización de la membrana, aumentando las distancias entre las moléculas fosfolipídicas y llevando a la membrana a perder su integridad.

Al dañar a las membranas, la violaceína es capaz de destruir a las bacterias persistentes que permanecen en estado durmiente como una estrategia de resistencia contra los antibióticos que dependen de la actividad metabólica de los microorganismos. Estas bacterias forman biopelículas para sobrevivir en ambientes hostiles.

La membrana citoplasmática constituye un blanco atractivo y poco explorado de los antimicrobianos y, para los investigadores, el descubrimiento de que la membrana es el blanco biológico de la violaceína definirá el escenario de futuras investigaciones acerca de la utilidad de este producto natural.

Este trabajo de investigación contó con el apoyo de la FAPESP en el marco de los proyectos intitulados “¿De qué manera ciertas bacterias coordinan la biogénesis de membranas con el crecimiento y la división celular?”, “Análisis de los mecanismos de actividad antibacteriana de la violaceína sobre Staphylococcus aureus y parámetros farmacocinéticos” y “La química en interfaces: la interacciones de fármacos, péptidos y enzimas con membranas modelos”.

Un tema importante que aún debe investigarse es la selectividad del compuesto. La membrana citoplasmática es una estructura común y similar en todas las células vivas. De este modo, la violaceína podría afectar también a las células eucariotas, como las de los humanos. Gueiros-Filho sugiere que ésta sería la razón por la cual la violaceína exhibe actividad contra tantos tipos de patógenos, tales como hongos y protozoos, además de contra tumores.

En efecto, datos preliminares que los científicos de la USP y de la Unicamp obtuvieron indican que la violaceína no es demasiado selectiva para la membrana de bacterias y puede volverse tóxica para los huéspedes. En tal caso, sería necesario modificar químicamente a la molécula para dotarla de mayor especificidad.

La propagación de bacterias multirresistentes constituye en la actualidad una de las mayores amenazadas contra la salud global y se ha visto favorecida por el uso excesivo de antibióticos, tanto en lo que hace a la salud humana como en la agricultura.

La Organización Mundial de la Salud (OMS) advierte que podemos estar avanzando hacia una era posantibióticos, en la cual infecciones comunes y heridas pequeñas podrían volver a matar. Como la mayoría de los antibióticos hoy en día en uso es producto de descubrimientos realizados hace algunas décadas, dirigidos contra un conjunto limitado de blancos, el desarrollo de nuevos antimicrobianos con distintos mecanismos de acción constituye una necesidad urgente.

Puede accederse al artículo intitulado Violacein Targets the Cytoplasmic Membrane of Bacteria, de Ana C. G. Cauz, Gustavo P. B. Carretero, Greice K. V. Saraiva, Peter Park, Laura Mortara, Iolanda M. Cuccovia, Marcelo Brocchi y Frederico J. Gueiros-Filho, en el siguiente enlace: https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsinfecdis.8b00245 .

* Con información de Maria Celia Wider.