Proteínas y péptidos antimicrobianos como alternativa a los antibióticos

Introducción

Desde su descubrimiento, los antibióticos se han empleado en la producción animal tanto con la finalidad de promover el crecimiento como para la prevención y el tratamiento de enfermedades contagiosas. No obstante, debido a los problemas potenciales que conllevan como la resistencia antibiótica y la amenaza de los residuos antibióticos en productos animales que influyen negativamente en la salud humana, el uso continuado de antibióticos en el pienso se ha convertido en uno de los asuntos más cruciales en la producción animal. El uso de antibióticos como aditivos en la alimentación de animales de granja ya ha sido prohibido por la Unión Europea.

Se han publicado numerosos trabajos científicos sobre alternativas a los antibióticos en el pienso con el uso de plantas, enzimas, probióticos, oligosacáridos, etc. Recientemente, los péptidos antimicrobianos se han mostrado como una alternativa de interés a los antibióticos.

¿Qué son los péptidos antimicrobianos?

Los péptidos antimicrobianos (también conocidos como péptidos de defensa del hospedador) son péptidos de 1 a 5 kDa codificados por genes pequeños que tienen un amplio espectro de actividad contra bacterias gram-positivas y gram-negativas, hongos y micobacterias (Zasloff, 2002). Se trata de proteínas naturales producidas por todos los organismos que pueden ser clasificados según su composición de aminoácidos y estructura en 5 clases: 1) péptidos aniónicos, 2) péptidos catiónicos linelaes de α-hélice, 3) péptidos catiónicos enriquecidos con aminoácidos específicos, 4) péptidos aniónicos y catiónicos que contienen cisteína y forman enlaces disulfito y 5) péptidos aniónicos y catiónicos como fragmentos de grandes proteínas (Park y Hahm, 2005).

El uso de péptidos antimicrobianos se encuentra en una etapa incipientes, siendo la mayoría de trabajos in vitro y con muy pocos estudios en animales. Greiner et al. (2004) suministraron diferentes péptidos antimicrobianos (lactoferrina, lactoferricina, lisozima, péptidos de neutrófilos y purotionina) a ratas y no observaron ningún efecto sobre la producción con respecto a una dieta control. Sin embargo, en dicho estudio, Greiner et al. habían suministrado dichos antimicrobianos por un periodo demasiado breve (3 días), insuficiente para que los antimicrobianos dieran lugar a una respuesta sobre el crecimiento aunque los péptidos antimicrobianos exhibieran su actividad antimicrobiana en el intestino delgado y grueso. Wang et al. (2007) observaron que la suplementación de 1gr de lactoferrina/kg en dietas de lechones mejoró el crecimiento, redujo las bacterias patógenas intestinales, disminuyó la incidencia de diarreas y favoreció el enriquecimiento intestinal con bacterias beneficiosas.

Los efectos de alimentar proteína de patata (Solanum tuberosum L. cv. Gogu valley) en la producción de los lechones destetados

Realizamos un estudio utilizando una nueva variedad de patata obtenida por hibridación tradicional conocida como "valle de Gogu" que posee un péptido antimicrobiano de 5,6 kDa, la potamina-1 (Kim et al., 2005). Los tubérculos de la patata se procesaron para retener los péptidos antimicrobianos (Figura 1) y se observó que la proteína obtenida mostraba actividad antimicrobiana in vitro (concentración mínima inhibitoria entre 300 a 500 µg/ml) contra Staphylococcus aureus, Salmonella choleraesuis, Salmonella gallinarum y E. coli. Cuando se agregó esta proteína de patata a las dietas de los lechones destetados a razón del 0,25 a 0,75% se observó una mejora lineal del crecimiento (Figura 2) y del índice de conversión (Figura 3) y una reducción del número de bacterias intestinales patógenas, obteniendo los mejores resultados con los niveles más altos de inclusión (Jin et al., 2008). Además, estudios anteriores habían demostrado la capacidad de la proteína de patata para inhibir selectivamente las bacterias perjudiciales y sin tener efecto negativo sobre la microflora beneficiosa, mientras que los antibióticos inhiben el crecimiento tanto de microbios beneficiosos como de patógenos. Las mayores producciones de los cerdos alimentados con proteína de patata fueron debidas a la mejora en la digestibilidad de los nutrientes y a la reducción de las bacterias perjudiciales.

	Figura 1. Patrón de SDS-PAGE de la proteína de patata de tubérculos Valle Gogu (M: Marcador proteico; 1: Proteína patata)(SDS-PAGE: sodium dodecyl sulfate polyacrylamide gel electrophoresis).
Figura 2: Efecto de la proteína de la patata Valle Gogu en la Ganancia Media Diaria (GMD) de los cerdos destetados (PC: control positivo, con antibióticos; PP: dieta sin antibióticos y suplementada con 0,0, 0,25, 0,50 y 0,75% de proteína de patata).
Figura 3: Efecto de la proteína de patata Valle Gogu sobre el índice de conversión (IC) de los lechones destetados (PC: control positivo, con antibióticos; PP: dieta sin antibióticos y suplementada con 0,0, 0,25, 0,50 y 0,75% de proteína de patata).

Los péptidos antimicrobianos probablemente interactúan con la membrana celular de las bacterias objetivo resultando en una interrupción o interferencia de las rutas de biosíntesis de los microbios. Estos péptidos antimicrobianos también pueden aumentar las respuestas inmunitarias celular y humoral y se ha hallado que son quimiotáxicos para monocitos, linfocitos T y células dendríticas. Su naturaleza los hace susceptibles a la degradación por los enzimas proteolíticos; sin embargo, su modificación química o la encapsulación podrían proteger a los péptidos de la degradación enzimática.

Otro aspecto a ser considerado es el coste de producción, pues su síntesis química es costosa. En el futuro la producción biotecnológica con microorganismos, cultivos de tejidos, animales o plantas transgénicos podrían probablemente conllevar a una producción económica de los péptidos antimicrobianos. Asimismo, aún está por determinar la dosis efectiva de estos péptidos que pueda reemplazar a los antibióticos en la dieta de los cerdos. Por último, todavía se desconoce el desarrollo de cepas microbianas resistentes a los péptidos antimicrobianos, aunque algunos estudios hayan mostrado que ciertos genes pueden conferir resistencia a los péptidos antimicrobianos y los estudios han sido realizados para determinar si tales genes pueden ser transferidos entre bacterias.