Identificación de nuevos blancos moleculares y diseño de nuevos fármacos para el tratamiento de infecciones causadas por hongos, empleando una nueva estrategia basada en el "farmacoloma" humano

en el presente proyecto nos proponemos desarrollar e implementar una nueva estrategia para identificar nuevos blancos terapéuticos en hongos, que a su vez nos permita el diseño de fármacos específicos contra estos nuevos blancos. el reducido repertorio de medicamentos antifúngicos disponibles en la actualidad, y las limitaciones que estos presentan, hacen necesario el desarrollo de nuevos fármacos, más efectivos y más seguros, para combatir estas infecciones que representan una amenaza emergente para la salud humana. con este objetivo, es importante identificar nuevos blancos moleculares en el hongo, y garantizar además que los nuevos medicamentos que se desarrollen contra estos blancos ataquen de manera específica al hongo sin producir efectos adversos significativos en el hospedero humano. el limitado desarrollo de medicamentos para infecciones micóticas contrasta con el impetuoso desarrollo de fármacos para otras enfermedades, dirigidas a una variedad de blancos moleculares en humanos. según una reciente y exhaustiva revisión publicada en nature reviews [santos et al, 2017], la fda (food and drug administration) de los estados unidos ha aprobado el uso de 1.578 fármacos que actúan sobre 893 blancos biomoleculares diferentes, en su mayoría de naturaleza humana, y otros provenientes de diferentes patógenos. este conjunto de blancos sobre el que actúan los medicamentos aprobados es definido en el artículo como el “ farmacoloma”. comúnmente, la identificación de nuevos blancos en patógenos se enfoca en proteínas únicas, no presentes en humanos, o que si tienen proteínas humanas homólogas (ortólogos), que al menos la similaridad en secuencia entre ellas sea baja. en nuestro proyecto, sin embargo, nos proponemos emplear un enfoque diametralmente opuesto: identificar proteínas de hongos ortólogas, y con sitios activos similares (¡pero no idénticos!), a proteínas del farmacoloma humano, lo cual abre una mina de oportunidades por la gran cantidad de proteínas que componen el farmacoloma. estas proteínas de hongos deben cumplir con dos requisitos importantes para convertirse en potenciales blancos terapéuticos: 1) ser proteínas con funciones metabólicas importantes en la célula, o sea, esenciales para la vitalidad del hongo; y 2) los sitios activos de la proteína humana y de su ortólogo en hongo, aunque estén muy conservados, deben tener unas pocas diferencias de aminoácidos de manera tal que produzcan cambios puntuales en la topología y/o propiedades químicas del sitio activo del hongo. estos cambios ofrecerían un “espacio de diseño” para crear nuevos inhibidores específicos por los blancos fúngicos. por otro lado, la alta similaridad estructural entre las proteínas ortólogas permite validar los blancos fúngicos utilizando inhibidores de la proteína humana con reactividad cruzada. nuestra propuesta tiene como precedente un proyecto actualmente en ejecución por parte de nuestro equipo, en el que estamos obteniendo resultados muy alentadores utilizando la enzima fosfatidilinositol-3-quinasa (pi3k) como blanco terapéutico en histoplasma capsulatum. en humanos, esta enzima constituye actualmente un blanco para el tratamiento del cáncer, y contra ella se han desarrollado decenas de inhibidores. hemos realizado además una investigación preliminar con un conjunto de proteínas del farmacoloma, cuyos resultados son muy estimulantes y le dan un soporte sólido a nuestra hipótesis de trabajo. en particular, hemos identificado dos proteínas ortólogas en histoplasma capsulatum y fusarium oxysporum, que cumplen con los requisitos necesarios para ser investigadas como potenciales blancos terapéuticos en estos hongos, y servirán como punto de partida en nuestro proyecto. los principales resultados esperados en el proyecto son los siguientes: demostración de la viabilidad de nuestra nueva estrategia para la búsqueda de nuevos blancos terapéuticos en microorganismos, basada en la identificación de ortólogos de proteínas del farmacoloma humano con diferencias topológicas y químicas en el sitio de unión de los inhibidores. identificación de nuevos blancos terapéuticos en hongos, con posible aplicación en el diseño de nuevos fármacos para combatir estas infecciones. nuevos inhibidores de proteínas vitales para los hongos, específicos por estas proteínas. publicación de 4 artículos científicos en revistas con categoría a1, y 4 presentaciones en congresos, al menos 2 de ellas en congresos internacionales. formación de una estudiante de doctorado del programa de modelación y computación científica de la universidad de medellín, y vinculación de un segundo estudiante. es importante destacar que, aunque en este proyecto utilizaremos dos especies de hongos en particular (histoplasma capsulatum y fusarium oxysporum) como casos de estudio para implementar nuestra estrategia, nuestro proyecto tiene un alcance mayor. teniendo en cuenta la alta similaridad existente entre las secuencias genómicas de diferentes especies de hongos patogénicos, y la equivalencia de las proteínas ortólogas en cuanto a funcionalidad y posible relevancia para la vitalidad de los microorganismos, es predecible que los nuevos blancos terapéuticos que identifiquemos y validemos en h. capsulatum y f. oxysporum, así como los nuevos inhibidores que nos proponemos diseñar, puedan ser utilizados en el tratamiento de infecciones producidas por otras especies de hongos patogénicos. aún más importante, la estrategia diseñada es aplicable no solo en hongos, sino también en otros patógenos.

Identificar y validar nuevos blancos terapéuticos en los hongos patogénicos histoplasma capsulatum y fusarium oxysporum, y diseñar nuevos inhibidores de estos blancos, específicos por estos hongos. objetivos específicos identificar ortólogos de proteínas del farmacoloma humano en histoplasma capsulatum y fusarium oxysporum, y seleccionar un conjunto de 6-10 proteínas entre ambos hongos, las cuales pasarán a una fase intensiva de evaluación computacional para la selección de potenciales inhibidores. identificar, sobre la base de predicciones de la afinidad de unión obtenidas de simulaciones computacionales de alto rendimiento, un conjunto de hasta 50 potenciales inhibidores de las proteínas selecionadas de histoplasma capsulatum y fusarium oxysporum, los cuales serán evaluados experimentalmente. evaluar in vitro, en cepas de histoplasma capsulatum y fusarium oxysporum, la capacidad de las moléculas seleccionadas de inhibir el crecimiento de estos hongos, como método de validación química de los potenciales blancos terapéuticos y, al mismo tiempo, para seleccionar un conjunto de inhibidores que servirán como compuestos líderes en el posterior diseño de fármacos específicos. diseñar e identificar en bases de datos, y evaluar in vitro nuevos inhibidores específicos por los nuevos blancos fúngicos identificados.

Artículos 4, 4 ponencias, 1 formación de estudiantes de doctorado y 1 vinculación de estudiantes de doctorado en el programa de doctorado de modelación y computación científica de la u. de medellín.