Los métodos computacionales de inteligencia artificial para desarrollar estas proteínas neutralizantes de toxinas ofrecen esperanzas para crear terapias más seguras, más rentables y más fácilmente disponibles que las que se utilizan actualmente contra el veneno de serpiente.

Cada año, más de 2 millones de personas sufren mordeduras de serpientes. Según la Organización Mundial de la Salud, más de 100.000 de ellas mueren y 300.000 sufren complicaciones graves y discapacidad permanente por deformidad de las extremidades, amputación u otras secuelas. África subsahariana, Asia meridional, Papúa Nueva Guinea y América Latina se encuentran entre los lugares donde las mordeduras de serpientes venenosas plantean el mayor problema de salud pública.

El esfuerzo de biología computacional para descubrir mejores terapias antiveneno, liderado por científicos del Instituto de Diseño de Proteínas de la Universidad de Washington (UW) y la Universidad Técnica de Dinamarca, se acaba de publicar en Nature.

Equipo de investigación

La autora principal del artículo es Susana Vázquez Torres, del Departamento de Bioquímica de la Facultad de Medicina de la UW y del Programa de Posgrado en Física Biológica de la UW. Su ciudad natal es Querétaro, México, que se encuentra cerca de los hábitats de víboras y serpientes de cascabel. Su objetivo profesional es inventar nuevos medicamentos para enfermedades y lesiones desatendidas, incluidas las mordeduras de serpiente.

Su equipo de investigación, que también incluía a expertos internacionales en investigación de mordeduras de serpiente, fármacos y diagnósticos, y medicina tropical del Reino Unido y Dinamarca, concentró su atención en encontrar formas de neutralizar el veneno de ciertos elápidos. Los elápidos son un gran grupo de serpientes venenosas, entre ellas las cobras y las mambas, que viven en los trópicos y subtrópicos.

La mayoría de las especies de elápidos tienen dos colmillos pequeños con forma de agujas poco profundas. Durante una mordedura tenaz, los colmillos pueden inyectar veneno desde las glándulas ubicadas en la parte posterior de la mandíbula de la serpiente. Entre los componentes del veneno se encuentran toxinas de tres dedos potencialmente letales. Estas sustancias químicas dañan los tejidos corporales al matar células. Más grave aún, al interrumpir las señales entre los nervios y los músculos, las toxinas de tres dedos pueden causar parálisis y muerte.

Limitaciones de los tratamientos actuales

Ahora, las mordeduras de serpientes venenosas de elápidos se tratan con anticuerpos extraídos del plasma de animales que han sido inmunizados contra la toxina de la serpiente. La producción de anticuerpos es costosa y tienen una eficacia limitada contra las toxinas de tres dedos. Este tratamiento también puede tener efectos secundarios graves, como provocar un estado de shock o dificultad respiratoria en el paciente. “Los esfuerzos para intentar desarrollar nuevos fármacos han sido lentos y laboriosos”, señaló Vázquez Torres.

Los investigadores utilizaron métodos computacionales de inteligencia artificial para intentar acelerar el descubrimiento de mejores tratamientos. Crearon nuevas proteínas que interferían con las propiedades neurotóxicas y destructoras de células de las toxinas de tres dedos al unirse a ellas.

A través de pruebas experimentales, los científicos obtuvieron diseños que generaron proteínas con estabilidad térmica y alta afinidad de unión. Las proteínas sintetizadas reales coincidían casi por completo, a nivel atómico, con el diseño de la computadora de aprendizaje profundo.

Experimento en ratones

En las placas de laboratorio, las proteínas diseñadas neutralizaron eficazmente las tres subfamilias de toxinas de tres dedos analizadas. Cuando se administraron a ratones, las proteínas diseñadas protegieron a los animales de lo que podría haber sido una exposición letal a neurotoxinas.

Las proteínas diseñadas tienen ventajas clave. Se podrían fabricar con una calidad constante mediante tecnologías de ADN recombinante en lugar de inmunizar animales. Su menor tamaño podría permitir una mayor penetración en los tejidos para contrarrestar rápidamente las toxinas y reducir los daños.

Además de abrir nuevas vías para el desarrollo de antivenenos, los investigadores creen que los métodos de diseño computacional podrían utilizarse para desarrollar otros antídotos. Dichos métodos también podrían utilizarse para descubrir medicamentos para enfermedades que no reciben el tratamiento adecuado y que afectan a países con recursos de investigación científica significativamente limitados.

“La metodología de diseño computacional podría reducir sustancialmente los costos y los requisitos de recursos para el desarrollo de terapias para enfermedades tropicales desatendidas”, señalaron los investigadores, entre ellos Timothy J. Perkins, de la Universidad Técnica de Dinamarca, y David Baker, del Instituto de Diseño de Proteínas de la Universidad de Washington y del Instituto Médico Howard Hughes.

La Universidad de Washington ha presentado una solicitud de patente provisional en Estados Unidos para el diseño y la composición de las proteínas creadas en este estudio.

Fuente: UW Medicine