Investigación antártica estudia compuestos que pueden ayudar al combate del cáncer

La exploración en la Antártica se expande cada año según las motivaciones de los científicos, con proyectos que transcienden en la búsqueda de beneficios para el uso humano.

Durante la LVI Expedición Científica Antártica, diferentes investigadores llegaron hasta a la Antártica con el apoyo del Instituto Antártico Chileno (Inach) y se han distribuido en la base científica Profesor Julio Escudero, con el propósito de investigar y descubrir nuevos potenciales biotecnológicos para el desarrollo científico en salud.

La biotecnología es la ciencia que estudia las cualidades fisiológicas, moleculares y metabólicas de los organismos para encontrar nuevas biomoléculas para la creación y/o modificación de productos o aplicaciones de uso específico. En este sentido, microorganismos provenientes del territorio antártico poseen distintas capacidades químicas y bioquímicas para poder alimentarse, defenderse o luchar contra otros microorganismos, soportar durísimas condiciones de frío y alta radiación solar, en resumen: luchan por sobrevivir.

Los objetivos por descubrir buscan entregar soluciones a problemáticas de diferentes ámbitos, como por ejemplo, la búsqueda de nuevos fungicidas ecológicos para la agricultura, optimización energética para proyectos de energía renovable, y en el caso de la siguiente investigación, una búsqueda de nuevas moléculas que pudiesen ser utilizadas como nuevos fármacos a favor de la medicina humana.

Oportunidad única

Según Cristian Paz, la Antártica es un territorio poco explorado, cubierto por cientos de toneladas de hielo, por lo tanto, no se sabe con exactitud lo que se puede encontrar, y este aumento excesivo de temperaturas (llegando a 20°C) es una oportunidad fortuita, debido a que descongela los glaciares y dejan sus suelos vírgenes para ser explorados. Es paradójico, pero la Antártica alguna vez fue una selva, y el calentamiento global la afecta demasiado. Existen antecedentes de muchos otros microorganismos, especialmente hongos filamentosos, que han sido base para el descubrimiento de moléculas que son actualmente medicamentos. Por ejemplo, Alexander Fleming en 1928 extrajo desde el hongo Penicillium notatum, una sustancia capaz de controlar bacterias como Staphylococos, y desde allí se logró aislar e identificar la penicilina la cual ha sido ampliamente usada en el mundo. Otra historia conocida es el cornezuelo del centeno, hongo que crece sobre cereales como centeno y su ingesta a través de pan contaminado, causó grandes muertes por la enfermedad “fiebre de San Antonio”, pero desde ese hongo se pudo obtener la ergotamina, medicamento que previene la hemorragia en el parto y actualmente es usado para controlar la migraña.

La Antártica contiene nuevas variedades de microorganismos disponibles para su estudio, lo que la convierte en un nicho de explotación, también denominados “hotspot”, ya que, favorecidos por el retroceso glaciar, son suelos que se están recién descongelando luego de miles de años, y están mostrando distintos microorganismos que desconocemos, no sólo en su forma sino también en su bioquímica.

Trabajo en terreno

El trabajo de la expedición de Cristian Paz, Dr. en Ciencias Químicas, de la Universidad de la Frontera de Temuco (Ufro), fue de recolectar muestras de sedimento en distintas zonas de la Península Antártica para estudiar los compuestos bioactivos producidos por hongos para el control de células cancerígenas, levaduras patógenas y cepas bacterianas resistentes a los actuales antibióticos. Su estadía en la base Escudero de Inach, fue del 19 de febrero hasta el 2 de marzo de 2020, y durante esas fechas, recolectó muestras en isla Rey Jorge e isla Decepción, con apoyo de la Karpuj, embarcación científica capacitada para 8 tripulantes y 4 científicos.

El estudio molecular de estas muestras requiere de procesos para estudiar el ADN de los organismos que se pudiesen encontrar, utilizando herramientas de secuenciación masiva, proceso que se llevará a cabo en laboratorio durante los próximos meses en la ciudad de Temuco. La investigación está sólo comenzando, y las muestras de sedimento deberán ser cultivadas para el crecimiento de microorganismos, en especial hongos filamentosos, los que deberán ser aislados y secuenciados para su identificación. Luego, cada hongo deberá ser cultivado, para así obtener los compuestos químicos que produce el hongo, tanto en su micelio como desde el medio líquido de cultivo. Es ese conjunto de compuestos, como un concentrado total, que será evaluado frente a patógenos como levaduras del género Candida, bacterias resistentes a medicamentos como los Staphylococus y líneas de cáncer de próstata, mama y pulmón.

Trabajo en equipo

En bahía Fildes, Cristian recolectó sedimento desde glaciar Collins. Este glaciar ha retrocedido un metro en el último tiempo, y debido a que el suelo ha estado congelado, no existe mayor conocimiento del contenido de estos sedimentos. Por lo tanto, tras la colección de muestras en Antártica, se realizará un análisis biológico para determinar cuáles microorganismos y hongos filamentosos se encuentran allí. Posteriormente, se efectuará una bioprospección química, que consiste en una investigación sistemática de la naturaleza con fines comerciales para el uso humano; y luego, se realizarán fermentaciones a gran escala de aquellos compuestos con gran potencial medicinal, pudiendo clasificar las nuevas moléculas.

El equipo necesita que la toma de muestras sea representativa. Gran parte de la base del glaciar es rocoso, en cambio, el área que se está descubriendo del suelo es sedimentario, a unos metros del derretimiento y afloramiento. Estos son los lugares de interés. Cristian menciona que “tenemos que pensar que este suelo es como un bosque, en el bosque o en distintos lugares que tú vas caminando encuentras distintos hongos, no es un homogéneo la aparición de estos microorganismos, por lo tanto, debemos hacer un muestreo que sea representativo del lugar, pero también tenemos que aprovechar los puntos que uno por intuición, o por conocimiento, cree que son los más apropiados”. Es un esfuerzo en conjunto, donde la Dra. Paola Durán de la Ufro es experta en cultivo de hongos filamentosos; desde la Universidad de Concepción el Dr. Iván González experto en Cáncer y, el Dr. Gerardo González experto en microbiología bacteriana han de apoyar la investigación funcional de los extractos fúngicos, mientras que al análisis químico cuenta con el apoyo del Dr. Bernd Schmidt de la Universidad de Potsdam en Alemania.

Las muestras se llevarán a laboratorio de la UFRO, donde se purificarán los hongos y serán puestos a crecer. Se secuenciarán los microorganismos para clasificarlos, y así ver si hay nuevas especies, y cómo podrían contribuir a la ciencia. Por otra parte, el proyecto contempla el aislamiento de las moléculas que estos hongos produzcan. Por lo tanto, el equipo de Cristian realizará una bioprospección contra enfermedades de importancia humana. Cristian menciona: “tenemos algunas líneas de cáncer como cáncer de mamas, cáncer de próstata, cáncer de pulmón, que son los cánceres más incidentes en el mundo, también algunas bacterias resistentes hospitalarias, que son una problemática mundial, y levaduras parasíticas del género cándida. Por lo tanto, esperamos que algunos de estos hongos puedan tener una importancia bioquímica para el tratamiento de algunas de estas enfermedades”.

Biología de
las muestras

Los estudios paleontológicos realizados en Antártica dan cuenta del gran registro fósil de árboles, evidenciando la vegetación sometida debajo de los glaciares. El proceso geológico se remonta al desmembramiento de Gondwana, cuando una Antártica verde y tropical se separa de los continentes y se establece en la zona polar, circulando su temperatura a las características polares de hoy. El establecimiento de la Corriente Circumpolar Antártica aisló térmicamente al continente e impidió el intercambio de calor vía corrientes marinas con las aguas tropicales, por lo que la Antártica fue abandonada por los bosques y los grandes vertebrados terrestres, comenzando su glaciación hace unos 30 millones de años. Cristian Paz considera que existe una gran probabilidad de hallar microorganismos conectados a aquella época, afirmando que “ahora como el glaciar se ha ido descubriendo, lo que podemos encontrar es suelo o sedimentos que albergan alguna historia biológica que pudo haber quedada atrapada ahí, con esporas que hayan vivido cientos de años, por lo tanto tenemos que tratar de buscar aleatoriamente algunas muestras que nos puedan entregar microorganismos que hayan sido del pasado y no se hayan descrito en la actualidad”.

Los microorganismos tienen una supervivencia dada por una maquinaria metabólica. Este metabolismo está asociado a degradación para poder vivir, produciendo energía a través de enzimas que producen metabólitos secundarios, pequeñas moléculas que son excretadas por el microorganismo, ya sea para comunicarse con otros, poder combatirlos, y poder colonizar un territorio para aflorar. Estas moléculas son las que le interesa al equipo de esta investigación, vistas desde un punto de vista médico y farmacológico.

Recolección de
muestras en terreno

La primera jornada de trabajo de Cristian fue en glaciar Collins. Al acercarse a zonas donde escurría el agua proveniente del descongelamiento glaciar, pudo anticipar las diferencias de los tipos de suelo, distinguiendo el suelo sedimentario de la arena. La arena tendría una baja cantidad de material orgánico, considerándose como un suelo más lavado. Se determinará con los resultados del laboratorio si estas muestras contienen menor cantidad de microorganismos. Respecto a los instrumentos utilizados, Cristian entregó detalles de sus requerimientos y metodología en terreno. Utilizó una pala pequeña para extraer las muestras de suelo, donde cada zona de extracción debió ser localizada con un GPS y sus coordenadas exactas. Se registró la temperatura del lugar con un termómetro de contacto en suelo capaz de medir la temperatura interna como externa.

Las muestras fueron guardadas en bolsas plásticas esterilizadas debidamente rotuladas con la información de localización. La carga del material al continente fue resguardada en una caja solida para mantener la integridad de las muestras. El peso aproximado de las muestras fue de 500 g por zona de extracción.

Para el análisis de los sedimentos, se requiere de un laboratorio de biología molecular para la purificación de los microorganismos; para los procesos químicos se utilizarán fermentadores, y equipos de separación cromatográficas para la determinación molecular, mediante infracción de rayos X para compuestos cristalinos, y finalmente resonancia magnética nuclear para poder determinar la estructura de los compuestos.

El Código del Proyecto es RT-33-18, y su título es “Red interdisciplinaria para el estudio de compuestos bioactivos de hongos antárticos para el control de células cancerígenas, levaduras patógenas y cepas bacterianas para la salud humana”.