Los científicos de la Universidad de Tufts han utilizado un modelo de "mapa del metro" para identificar compuestos que atacan la enfermedad de Lyme, señalando el camino hacia tratamientos más precisos en el futuro. El modelo creado por los investigadores muestra que dos fármacos existentes tienen potencial para ofrecer opciones de tratamiento más selectivas. Desarrollaron un modelo metabólico a escala genómica, o "mapa metropolitano", que muestra las actividades metabólicas clave de las bacterias que causan la enfermedad de Lyme.
Utilizando este mapa, identificaron con éxito dos compuestos que se dirigen selectivamente a la única forma en que la enfermedad de Lyme infecta a su huésped. Los resultados de su investigación fueron publicados en la revista mSystems el 19 de octubre.
Si bien ninguno de los medicamentos es un tratamiento viable para la enfermedad de Lyme porque tiene muchos efectos secundarios, el uso exitoso de "mapas del metro" computacionales para predecir los objetivos de los medicamentos y los posibles tratamientos existentes sugiere que puede ser posible desarrollar sustancias microscópicas que solo bloqueen la enfermedad de Lyme sin tocar otras bacterias beneficiosas.
Los modelos metabólicos a escala genómica (GEM) recopilan toda la información metabólica conocida de los sistemas biológicos, incluidos genes, enzimas, metabolitos y otra información. Estos modelos aprovechan los macrodatos y el aprendizaje automático para ayudar a los científicos a comprender los mecanismos moleculares, hacer predicciones e identificar procesos novedosos que pueden ser previamente desconocidos o incluso contrarios a los procesos biológicos conocidos.
Actualmente, la enfermedad de Lyme se trata con antibióticos de amplio espectro que matan la bacteria Acinetobacter baumannii de la enfermedad de Lyme junto con una variedad de otras bacterias que habitan en la microbiota del huésped y realizan una variedad de funciones beneficiosas. Algunas personas con síntomas crónicos de Lyme o enfermedad de Lyme recurrente toman antibióticos durante todo el año, aunque esto va en contra de las pautas médicas y no hay evidencia de que sea efectivo.
"La mayoría de los antibióticos que todavía utilizamos se basan en descubrimientos realizados hace décadas, y la resistencia a los antibióticos es un problema creciente en muchas enfermedades bacterianas", dijo el primer autor Peter Gwin, profesor asistente de biología molecular y microbiología en la Facultad de Medicina de la Universidad de Tufts. "Existe una preferencia cada vez mayor por encontrar trazas de sustancias que se dirijan a vías específicas en bacterias individuales, en lugar de tratar a los pacientes con antibióticos de amplio espectro, que pueden alterar el microbioma y provocar resistencia a los antibióticos".
Los dos compuestos identificados mediante el modelo computacional "mapa del metro" fueron un medicamento contra el cáncer con efectos secundarios graves y un medicamento para el asma que fue retirado del mercado debido a efectos secundarios. Ambos medicamentos identificados por el modelo fueron probados en el laboratorio y se descubrió que tenían éxito en matar la bacteria Lyme, y sólo en cultivo.
"La enfermedad de Lyme es un excelente caso de prueba para los fármacos de espectro reducido porque sus efectos son muy limitados y depende en gran medida del medio ambiente. Esto la hace vulnerable de una manera que otras bacterias no tienen", dijo Linden Hu, profesor de Inmunología Paul y Elaine Cherwinski y profesor de Biología Molecular y Microbiología y autor principal del estudio.
Gwen y sus colaboradores desarrollaron este modelo computacional durante la pandemia de COVID-19, cuando no podían trabajar en persona en el laboratorio. El uso de este modelo podría permitir a los científicos saltarse algunos de los minuciosos pasos científicos básicos para probar y desarrollar tratamientos más específicos más rápidamente.
"Ahora podemos usar este modelo para detectar compuestos similares que no tienen la toxicidad de los medicamentos contra el cáncer y el asma, pero que tienen el potencial de bloquear la misma u otra parte del proceso de la enfermedad de Lyme", dijo Gwin, quien recientemente recibió el Premio al Líder Emergente de la Bay Area Lyme Foundation.
Gwen y Hu están realizando otros estudios para determinar si las personas con síntomas crónicos de Lyme todavía están infectadas o si una disfunción inmune está causando los síntomas crónicos. "Puedo imaginar un día en el que las personas reciban dos semanas de tratamiento dirigido contra Lyme en lugar de antibióticos de amplio espectro, se les realicen pruebas para comprobar que no tienen infección y luego tomen medicamentos para controlar su respuesta inmunitaria si los síntomas crónicos persisten".
Gwin dijo que se podrían utilizar "mapas subterráneos" computacionales similares para otras bacterias con genomas relativamente pequeños, como las que causan las enfermedades de transmisión sexual sífilis y clamidia, y las rickettsias que causan la fiebre maculosa de las Montañas Rocosas. El equipo de Gwen está trabajando en mapear algunas de estas bacterias.