Evaluación de la actividad frente a bacterias del grupo ESKAPE-E de extractos etanólicos y compuestos de plantas nativas de la región Caribe colombiana
Pájaro González, Yina | 2023
Colombia es uno de los países con mayor diversidad de plantas en todo el planeta; el número
de especies registradas en el catálogo de plantas y líquenes en todo el territorio nacional es
de más de 29.000 especies. El catálogo ofrece un listado de especies para cada región
geográfica y departamentos del país, lo que permite la selección de ellas para diferentes
estudios científicos y otros propósitos. La región Caribe colombiana se caracteriza por poseer
áreas de bosque seco tropical con disponibilidad de especies que, según lo reportado en la
literatura, han sido poco o nada incluidas en estudios para investigar su actividad
farmacológica. La posibilidad de encontrar moléculas nuevas con características de fármacos
para posibles usos terapéuticos siempre estará presente, mientras que no se haya explorado
la totalidad de las plantas en el mundo; después de todo, la bioquímica particular de las
plantas ha sido por milenios la fuente natural de componentes para la farmacoterapia.
La terapia antibacteriana ha estado soportada en moléculas de origen natural, principalmente,
metabolitos secundarios de bacterias del género Streptomyces y hongos. Sin embargo, se ha
demostrado que los antibióticos obtenidos de una especie bacteriana, por lo general, poseen
un mecanismo de resistencia natural codificado por genes dentro del genoma de otro
microorganismo, a partir del cual, es transferido y propagado a otras especies por diferentes
mecanismos; una vez adquirido un gen resistente se produce el fenómeno de selección y en
consecuencia un aumento en la incidencia de cepas resistentes, lo que es más notorio en las
infecciones causadas por bacterias patógenas. Este es uno de los principales motivos por el
cual la farmacoterapia con antibacterianos ha fracasado ante la resistencia de las bacterias.
Hace varios años que se intenta encontrar antibacterianos mediante la síntesis química de
moléculas, pero se ha tenido poco éxito a pesar de la gran cantidad de moléculas ensayadas
en grandes laboratorios farmacéuticos como Glaxo Smith Kline y otros. Esto ha facilitado el
auge de fuentes poco exploradas como las plantas, y en el presente ya hay resultados
alentadores. Se han encontrado metabolitos secundarios vegetales con valores de
concentración mínima inhibitoria del crecimiento bacteriano comparables a las de
antibióticos de uso clínico, su principal desventaja es que no son de amplio espectro. A pesar
de esto, es necesario continuar con la búsqueda, debido a que la diversidad química vegetal
podría ofrecernos los antibióticos de amplio espectro que necesitamos con menor riesgo de
desarrollo de resistencia.
Dada la necesidad de hacer investigación para buscar nuevos antibióticos a partir de plantas
y de la disponibilidad en la región Caribe colombiana de especies poco exploradas, en esta
tesis doctoral se planteó el objetivo de evaluar la actividad antibacteriana de plantas nativas
de esta región colombiana frente a cepas de cuatro bacterias escogidas dentro del grupo
ESKAPE-E, que también hacen parte de la lista prioritaria de la Organización Mundial de la
Salud (OMS), como son las bacterias Staphylococcus aureus, Escherichia coli, Klebsiella
pneumoniae y Pseudomonas aeruginosa, sensibles y resistentes a antibióticos. Estas
bacterias poseen todos los mecanismos de resistencia bacteriana, que van desde la presencia
de enzimas inactivadoras como las betalactamasas, pasando por la modificación de proteínas
de membrana que impiden la permeabilidad, hasta la presencia de proteínas para el eflujo
con disminución reducida de antibióticos en su sitio blanco de acción. La mortalidad a nivel
mundial asociada directa o indirectamente a las infecciones causadas por estas bacterias
podría alcanzar 10 millones de muertes/año para el año 2050 si no se toman las medidas de
control y se crean nuevas alternativas de tratamiento farmacológico.
El objetivo general de esta tesis doctoral se alcanzó con la preparación de 93 extractos
etanólicos a partir de 56 especies vegetales de la región Caribe colombiana, seleccionadas a
partir del Catálogo de Plantas y Líquenes de Colombia. Los extractos fueron evaluados contra
una cepa sensible y una cepa resistente a carbapenemes de las bacterias E. coli, K.
pneumoniae y P. aeruginosa, y una cepa sensible y una resistente a meticilina de S. aureus.
La actividad fue evaluada por el método de microdilución en caldo, de acuerdo a como lo
establecen los protocolos del Clinical and Laboratory Standard Institute (CLSI); para cada
extracto se obtuvo el porcentaje de inhibición de la bacteria a una concentración de 512
µg/mL. A los extractos que alcanzaron un porcentaje de inhibición ≥90% se les determinó la
concentración inhibitoria mínima (CIM) hasta una concentración límite de 512 µg/mL.
Cuatro extractos fueron activos contra S. aureus sensible y resistente a meticilina (cepas
ATCC y clínicas) con valores de CIM<100 µg/mL (Mammea americana L. semillas,
Anacardium occidentale L. semillas, Maclura tinctoria (L.) D.Don ex Steud hojas y
Mammea americana L. hojas); otros 12 extractos fueron activos con valores de CIM entre
128 y 512 µg/mL. Ninguno de los extractos ensayados fue activo contra las bacterias
Gramnegativas evaluadas.
En esta tesis doctoral se evaluó, por primera vez, la actividad antibacteriana contra las
bacterias Staphylococcus aureus, Escherichia coli, Klebsiella pneumoniae y Pseudomonas
aeruginosa, sensibles y resistentes a antibióticos, de extractos etanólicos de 19 especies
vegetales de la región Caribe colombiana (Brownea ariza Benth, Capparis odoratissima
Jacq, Chamissoa altissima (Jacq.) Kunth, Dicliptera sexangularis (L.) Juss, Diospyros
inconstans Jacq, Echinodorus paniculatus Micheli, Echinodorus tunicatus Micheli,
Eleocharis elegans (Kunth) Roem. & Schult, Gustavia superba (Kunth) O.Berg, Hippomane
mancinella L., Ludwigia helminthorriza (Mart.) H.Hara, Mimosa candollei R. Grether,
Nymphaea novogranatensis Wiersema, Pereskia guamacho F.A.C.Weber, Ruellia blechum
L., Ruellia paniculata L., Sagittaria intermedia Micheli, Sagittaria lancifolia L. y
Utricularia foliosa L.). Solo tres de estas 19 especies (Ludwigia helminthorriza, Ruellia
paniculata y Sagittaria intermedia) presentaron actividad contra S. aureus con una MIC de
512 µg/mL.
Dos extractos con valor de CIM≤100 µg/mL fueron seleccionados para realizar el
fraccionamiento biodirigido y aislamiento de metabolitos presentes en las fracciones activas.
Los extractos de semillas de Mammea americana L. y de hojas de Maclura tinctoria (L.)
D.Don ex Steud fueron fraccionados por diferentes métodos cromatográficos, tales como,
cromatografía en columna, cromatografía de capa fina y cromatografía líquida de alta
resolución; las fracciones fueron evaluadas contra la bacteria S. aureus, y de éstas fue posible
aislar metabolitos secundarios activos cuya estructura química fue elucidada mediante
Resonancia Magnética Nuclear 1D y 2D. A partir del extracto de las semillas de M.
americana, que alcanzó una CIM de 2-4 µg/mL, se aislaron las cumarinas mammea B/BA,
mammea B/BC, mammea A/AA cyclo D y mammea A/AA cyclo F y una mezcla de mammea
B/BA cyclo F más mammea B/BD cyclo F. Entre las cumarinas aisladas mammea B/BA
alcanzó una CIM de 0.5-1 µg/mL contra diferentes cepas de S. aureus. La toxicidad del
extracto de M. americana y de la cumarina mammea B/BA, fue evaluada in vivo contra el
nematodo Caenorhabditis elegans e in vitro contra los fibroblastos humanos, indicando baja
toxicidad en ambos ensayos.
Bajo la misma metodología de trabajo, el extracto de las hojas de M. tinctoria fue fraccionado
y la actividad de las fracciones fue evaluada contra S. aureus. A partir de la fracción activa
se aisló el metabolito activo 6,8-diprenilorobol, una isoflavona diprenilada, con una CIM de
8 µg/mL; además, se pudo identificar mediante análisis por HPLC-ESI-QTOF la presencia
de otros flavonoides prenilados como ulexone B, wighteone, isoderrone, dinklagin B,
dinklagin C y sigmoidin C. El valor de IC50 del compuesto activo 6,8-diprenilorobol,
evaluado en fibroblastos MRC-5, fue >10 µg/mL.
Por último, en esta tesis de doctorado se realizó el estudio fitoquímico del extracto etanólico
de las semillas de Tabernaemontana cymosa Jacq que condujo al aislamiento de los
alcaloides voacangina, voacangina 7-hidroxindolenina, 3-oxo-voacangina y rupicolina, los
cuales fueron evaluados contra S. aureus. Voacangina fue el único alcaloide activo,
alcanzando un valor de CIM de 64 µg/mL. La actividad in vitro fue complementada con un
estudio in silico sobre las proteínas de S. aureus encontrando que voacangina se une
preferentemente a PBP2 y PBP2a, proteínas implicadas en la síntesis de la pared celular.
Aunque la actividad de los extractos de semillas de Mammea americana y hojas de Maclura
tinctoria contra S. aureus, ya había sido reportada de manera preliminar en la literatura
científica, el fraccionamiento biodirigido de los mismos y el aislamiento de los metabolitos
activos junto con su evaluación biológica de sus extractos, para determinar sus valores de
CIM contra estas bacterias, no había sido reportado, siendo esto último uno de los mayores
aportes de nuevo conocimiento a la ciencia, de esta tesis doctoral. Por otra parte, en cuanto a
los alcaloides indólicos de T. cymosa se refiere, esta es la primera vez que se evalúa la
actividad de ellos contra S. aureus y se reporta la CIM de voacangina y la evaluación del
resto de los alcaloides aislados en este trabajo.
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