Área Química Biológica

Grupo “Bacteriocinas“

De la Naturaleza al Laboratorio: diferentes estrategias en el descubrimiento de fármacos antimicrobianos

Dr. Bellomio, Augusto
Investigador Independiente CONICET
Jefe de Grupo
email: augusto.bellomio@fbqf.unt.edu.ar

En el laboratorio nos centramos en el estudio de procesos biológicos clave en el cuidado de nuestra salud, específicamente en cómo prevenir y combatir infecciones microbianas. Para ello, combinamos áreas de la biología, química, ecología y ética, con el objetivo de descubrir y desarrollar nuevos productos a partir de la naturaleza.

El desarrollo del conocimiento en ésta área se vuelca en los siguientes

Temas de Investigación

1.Estudios bioquímicos y moleculares del mecanismo de acción de bacteriocinas y derivados para su aplicación en la industria alimenticia, farmacéutica y/o veterinaria.

En esta línea se investigan los aspectos del mecanismo de acción de bacteriocinas producidas por bacterias Gram positivas y Gram negativas, a fin de obtener péptidos antimicrobianos de amplio espectro con potencial aplicación en la industria alimenticia, farmacéutica y/o veterinaria.

Las bacteriocinas son péptidos de baja masa molecular secretadas por diferentes bacterias, con actividad antimicrobiana. La principal aplicación de las bacteriocinas es como biopreservantes naturales en el procesamiento de los alimentos, principalmente contra bacterias Gram positivas contaminantes de alimentos.

En nuestro laboratorio, sintetizamos una nisina modificada mediante una reacción de química click entre el péptido antimicrobiano nisina y un sideróforo, para ampliar el espectro de acción de la nisina para combatir bacterias Gram negativas contaminantes de alimentos, patógenas humanas y/o animales (FDI 625 Dr. Bellomio).

2. Modelo de enfermedades en C. elegans para el descubrimiento de fármacos y el estudio de la respuesta del hospedador.

C. elegans infectado con Cándida albicans

En el laboratorio utilizamos al nematodo C. elegans como de modelo de enfermedades en la búsqueda de moléculas (de productos naturales y/o de síntesis) con actividad antimicrobiana y/o antihelmíntica.

C elegans posee numerosas ventajas que lo hacen un excelente modelo de estudio para seleccionar moléculas antiinfecciosas y/o antihelmínticas en el laboratorio:

    1. Al ser un organismo microscópico de aproximadamente 1 mm de longitud, se pueden evaluar compuestos sobre muchos individuos por replica en un ensayo.
    2. Su tiempo de generación es corto (3 días) y, al ser hermafroditas, un individuo puede producir aproximadamente 300 huevos, por lo que se puede obtener una gran cantidad de nematodos rápidamente.
    3. Al ser transparente, se puede observar el efecto de las sustancias sobre su crecimiento y desarrollo fácilmente utilizando una lupa estereoscópica.
    4. Al tener gran cantidad de genes homólogos con los humanos, es un modelo excepcional para los análisis genéticos y moleculares de genes asociados a enfermedades humanas.

– Como modelo de infección para el control de infecciones in vivo causadas por microorganismos patógenos humanos resistentes a antimicrobianos. C. elegans se encuentra naturalmente en el suelo, donde se enfrenta a una gran variedad de microorganismos de los cuales se alimenta, algunos beneficiosos y otros patógenos, lo que le permitió evolucionar y mantener un sofisticado sistema inmunológico innato en su luz intestinal. Gracias a esto, en los últimos años se lo ha utilizado como un organismo modelo para estudiar la patogenicidad de varias bacterias y hongos patógenos humanos, e identificar los mecanismos inmunes implicados en esta interacción, que se encuentran conservados en los mamíferos.

Estos mecanismos tan bien estudiados de infección seguido de la muerte del nematodo han permitido usar al modelo C. elegans – patógeno en la búsqueda y estudio de numerosos agentes con propiedades antimicrobianas (inhibiendo la viabilidad del patógeno o sus mecanismos de virulencia in vivo) y/o con propiedades que estimulen la respuesta inmune del huésped.

– Como modelo antihelmíntico para el control de nematodos parasíticos resistentes a los antihelmínticos. Aparte de las ventajas que ofrece el nematodo en el laboratorio, C. elegans posee un alto grado de conservación con el phylum Nematoda, lo que permite llegar a importantes conclusiones sobre la potencialidad de diferentes moléculas que afectan la motilidad, y las capacidades de reproducción y alimentación del nematodo.

Servicios Tecnológicos

STAN ST6930

Título: Evaluación de la capacidad antimicrobiana y/o anti-helmíntica de compuestos naturales o sintéticos sobre el nematodo modelo Caenorhabditis elegans.

Descripción y Metodología:

Caenorhabditis elegans es un nematodo ampliamente utilizado como modelo de infeccion y/o de helminto en el laboratorio ya que presenta características definidas anatómicas y fisiológicas que permiten estudiar el efecto antimicrobiano o antihelmintico de la muestra a analizar sobre la viabilidad del nematodo. Permite obtener datos del comportamiento de la muestra en estudio sobre un organismo entero eucariota.                         

Como modelo de infección: Los ensayos permiten determinar la capacidad antimicrobiana de las sustancias sobre C. elegans infectado con bacterias/hongos patógenos humanos, midiendo su viabilidad en el tiempo. Utilizando mutantes a nivel de las vías del sistema inmune se puede determinar el posible mecanismo de acción de las muestras en estudio.

Como modelo de helmintos: Los ensayos permiten determinar aquellas sustancias con capacidad antihelmíntica, o sea que puedan matar al nematodo; y mediante el uso de mutantes se determinará el mecanismo de acción de las muestras en estudio. “

STAN ST6931

Título: Determinación de toxicidad de compuestos naturales o sintéticos, extractos orgánicos o acuosos utilizando un sistema in vivo: Caenorhabditis elegans.

Descripción y Metodología:

Caenorhabditis elegans es un nematodo ampliamente utilizado como modelo de toxicidad, ya que presenta características definidas tanto anatómicas como fisiológicas que permiten estudiar el efecto de la muestra a analizar sobre múltiples puntos finales como letalidad, crecimiento/desarrollo, fertilidad, reproducción y locomoción. Permite obtener datos del comportamiento de la muestra en estudio sobre un organismo entero eucariota.

Los ensayos permiten determinar la toxicidad aguda y/o crónica de la sustancia a analizar sobre la vialidad de C. elegans en estado adulto, evaluando también el efecto sobre procesos básicos como alimentación y locomoción, indicativos del estado general del individuo. El efecto de la muestra sobre el desarrollo de los nematodos se estudia desde su primer estadio larval hasta la adultez, sobre la fertilidad determinando la capacidad de los nematodos de producir huevos en su interior y la capacidad reproductiva se evalúa determinando el tamaño de la progenie.

Publicaciones Seleccionadas

  • Functional and biophysical studies of Microcin V mechanism of action using suicide probes. NS Rios Colombo, JE Pintanel, ND Alancay Rojas, A Bellomio. 2024. FEBS OPEN BIO 12, 22-23
  • Citrus paradisi and Citrus reticulata essential oils interfere with Pseudomonas aeruginosa quorum sensing in vivo on Caenorhabditis elegans.RE D’Almeida, N Sued, ME Arena. Phytomedicine Plus. 2022. 2 (1), 100160
  • Assessment of the bioprotective potential of lactic acid bacteria against Listeria monocytogenes in ground beef. JS Gomez, RB Parada, M Vallejo, ER Marguet, A Bellomio, N Perotti, …Archives of Microbiology 2021. 203, 1427-1437
  • Expression of the hybrid bacteriocin Ent35-MccV in Lactococcus lactis and its use for controlling Listeria monocytogenes and Escherichia coli in milk. L Acuña, N Corbalan, M Quintela-Baluja, J Barros-Velazquez, A Bellomio. International Dairy Journal. 2020. 104, 104650
  • Features and applications of Ent35-MccV hybrid bacteriocin: current state and perspectives. SA Navarro, L Lanza, L Acuña, A Bellomio, MC Chalón. Applied Microbiology and Biotechnology. 2020. 104, 6067-6077
  • Flavonoid-enriched fractions from Parastrephia lucida: Phytochemical, anti-inflammatory, antioxidant characterizations, and analysis of their toxicity. RE D’almeida, RT Carro, S Simonetta, IC Zampini, M Simirgiotis, …South African Journal of Botany. 2020. 135, 465-475
  • Novel nematode species in living stromatolites in the Andean Puna. RE D’almeida, ME García, MF Pérez, ME Farías, JR Dib. 2019. KMK Scientific Press Ltd
  • 2019. Obtaining an Ent35-MccV derivative with mutated hinge region that exhibits increased activity against Listeria monocytogenes and Escherichia coli. Silvia Adriana Navarro, Lucía Lanza, NS Ríos Colombo, M Fernandez de Ullivarri, Leonardo Acuña, B Sosa-Padilla, Gianluca Picariello, Augusto Bellomio, Miriam C Chalón. Applied microbiology and biotechnology 103, 9607-9618
  • 2019. The case for class II bacteriocins: a biophysical approach using “suicide probes” in receptor-free hosts to study their mechanism of action NSR Colombo, MC Chalon, FG Dupuy, CF Gonzalez, A Bellomio. Biochimie 165, 183-195
  • 2019. Microcin J25 inhibits ubiquinol oxidase activity of purified cytochrome bd-I from Escherichia coli. Adriana Emilce Galván, Miriam Carolina Chalón, Natalia Soledad Ríos Colombo, Lici Ariane Schurig-Briccio, Bernardo Sosa-Padilla, Robert B Gennis, Augusto Bellomio. Biochimie 160, 141-147
  • 2018 Pediocin-like bacteriocins: new perspectives on mechanism of action and immunity NS Ríos Colombo, MC Chalón, SA Navarro, A Bellomio. Current Genetics 64, 345-351

Financiamientos

2020-2022: Proyecto PICT 2018-03618. “Biosíntesis de derivados de nisina con actividad sobre patógenos Gram-negativos”. Directora: Dra.Miriam Chalon

2019-2022: Proyecto PICT 2017-4610. “Síntesis de bacteriocinas de amplio espectro para la biopreservación de alimentos”. Director: Dr. Augusto Bellomio.

2018-2022:  Proyecto CIUNT D641. “Síntesis de híbridos nisina-sideróforos para el desarrollo de bacteriocinas de amplio espectro”. Director: Dr. Augusto Bellomio.

2016-2018: Proyecto PIP 112201 501009 06CO “Inmunoprofilaxis de leishmaniasis: una vacuna basada en bacterias generalmente reconocidas como seguras (GRAS) que expresan antígenos de Leishmania”. Director: Dr. Jorge Diego Marco

2014-2017: Proyecto D548/1 “Bacteriocinas híbridas de amplio espectro para el control de enfermedades bacterianas transmitidas por alimentos del Noroeste Argentino”. Director: Dr. Augusto Bellomio

2014-2016: Proyecto PICT-2012-2998 “Desarrollo de nuevas bacteriocinas híbridas de amplio espectro para ser usadas en la biopreservación de alimentos”. Director: Dr. Roberto D. Morero.

2021: PICT-2021-I-INVI-00586 “Compuestos Naturales y Sintéticos como potenciales fuentes de antifúngicos contra especies del género Candida”. Res. 2023-31-APN. 

2022-2023: PIBAA 2022-2023 “Ligandos Naturales acomplejados en metales de transición para el control de biopelículas de Candida spp. asociadas a Staphylococcus aureus” Res. 2022-1930.

Integrantes del grupo

Investigadores

Dr. Bellomio, Augusto
Investigador Independiente CONICET
Jefe de Grupo
email: augustobellomio@fbqf.unt.edu.ar

Dra. Chalon, Miriam Carolina
Investigador Adjunto CONICET
email: miriam.chalon@fbqf.unt.edu.ar

Dra. D’Almeida, Romina
Investigador Asistente CONICET
email: rominadalmeida@gmail.com 

Becarios Doctorales

Lic. Pintanel, José Eduardo
CONICET
email: josepintanel7@gmail.com

Personal de Apoyo

Sr. Gutiérrez, Rafael Osvaldo
Técnico Asistente CONICET
email: elrafa.1909@gmail.com

Colaboradores

Dr. Acuña, Leonardo
Investigador Adjunto
IPE, CONICET – UNSa
email: acunaleonardo@hotmail.com

Dr. Cattaneo, Mauricio
Investigador Independiente
INQUINOA, CONICET-UNT
email: cattaneomauricio@gmail.com

Tesis Doctorales

2022

Lic. Biot. Lanza, Lucía
Título de la Tesis: Síntesis de un conjugado nisina-sideróforo con actividad antimicrobiana de amplio espectro.
Doctorado en Ciencias Biológicas.
Director: Dra. Chalón, Miriam Carolina.

2020

Bioq. Rios Colombo, Natalia Soledad
Título de la Tesis: Empleo de sondas suicidas para el estudio del mecanismo de acción de las bacteriocinas activas a nivel de la membrana bacteriana.
Doctorado en Ciencias Biológicas.
Director: Dr. Bellomio, Augusto.

2019

Lic. Biot. Navarro, Silvia Adriana
Título de la Tesis: Desarrollo de nuevas bacteriocinas híbridas de amplio espectro para ser usadas en la biopreservación de alimentos.
Doctorado en Ciencias Biológicas
Director: Dr. Bellomio, Augusto.

2017

Lic. Biot. Galván, Adriana Emilce
Título de la Tesis: Efecto de la Microcina J25 sobre la Cadena Respiratoria de Escherichia coli.
Doctorado en Ciencias Biológicas
Director: Dr. Bellomio, Augusto – Co Director: Dr. Minahk, Carlos Javier

2013

Lic. Biot. Acuña, Leonardo
Título de la Tesis: Obtención de Péptidos Antimicrobianos Híbridos. Estudio de la Relación Estructura – Función.
Doctorado en Ciencias Biológicas
Director: Dr. Bellomio, Augusto

Post Doctorales

Dr. Fernández de Ullivarri, Miguel
Título del trabajo:
Director: ….

Palabras clave: antimicrobianos, antihelminticos, toxicidad, accion de bacteriocinas, alimentos, productos naturales y de sintesis, Caenorhabditis elegans.

Scroll al inicio