En el verano de 2019 el país sufrió una ola de floraciones de cianobacterias sin precedentes. Formando manchas de un verde intenso, colonias de algunas especies de estos organismos que suelen proliferar en el agua dulce de embalses como los del río Negro y el río Uruguay, debido a una serie de factores que se reunieron para formar la tormenta perfecta, llegaron hasta las oceánicas y saladas costas de Rocha.
El gran mar verde de 2019, como nos gusta llamarlo en esta sección, además de conmocionar a la población, hizo que diversos grupos de investigación dedicados al estudio de las cianobacterias, como el de Luis Aubriot y colegas en la Facultad de Ciencias de la Universidad de la República (Udelar), Claudia Piccini y colegas en el Instituto de Investigaciones Biológicas Clemente Estable y Carla Kruk y colegas en el Centro Universitario Regional Este, por nombrar sólo algunos, realizaran numerosos trabajos. Más trágico que las floraciones de tal magnitud sería no tratar de aprender nada de ellas. Pero no sólo las y los especialistas en cianobacterias sintieron el llamado a poner su conocimiento y formación al servicio de un gran problema que afectaba al país.
En la Facultad de Química de la Udelar, durante una reunión de la comisión de investigación del Departamento de Química Orgánica, Gloria Serra comentó que podrían pensar “algo” respecto de las cianobacterias. Como una de esas cosas que uno dice en público para obligarse a sí mismo a hacer algo, Serra rumió y rumió la idea. Así, con más celeridad que la masa verdosa que bajó desde los embalses eutrofizados del río Negro, Serra tuvo una magnífica idea que compartió con sus estudiantes de posgrado y otros colegas: presentaron un proyecto de investigación ya en aquel 2019 y este 2022, en casi un pestañear en tiempos científicos, comunican los fascinantes primeros resultados.
Con el nombre “Productos naturales ciclopéptidos como herbicidas e inhibidores de cianobacterias: síntesis de versicotides E y F”, el artículo publicado en julio lleva la firma de Laura Posada y la propia Gloria Serra, del Laboratorio de Química Farmacéutica del ya mencionado Departamento de Química Orgánica de la Facultad de Química de la Udelar, Luciana Rey y Juana Villalba, de la Estación Experimental Mario Cassinoni de la Facultad de Agronomía de la Udelar, Sol Colombo y Luis Aubriot, del Grupo de Ecología y Fisiología de Fitoplancton de la Facultad de Ciencias de la Udelar y Natalia Badagian y Beatriz Brena, del Departamento de Biociencias, también de la Facultad de Química de la Udelar.
Todos ellos, tras inspirarse en la naturaleza y sintetizar péptidos que producen unos hongos marinos, lograron obtener un compuesto que no sólo promete como herbicida, sino que, en caso de terminar en cursos de agua, como sucede con muchos herbicidas actuales, en lugar de favorecer la proliferación de cianobacterias, podría ayudar a mantenerlas a raya. Para contarnos más al respecto, nos reciben en la Facultad de Química Laura Posada, primera autora del trabajo que se desprende en parte de su tesis de doctorado, quien está armando las valijas para irse a Alemania a seguir con sus estudios posdoctorales, y la inquieta Gloria Serra, quien demuestra una vez más que esa idea de que las científicas y los científicos viven encerrados en sus laboratorios y de espaldas a los problemas del país es completamente injusta.
Mitigando los efectos del agro en el ambiente
En su trabajo afirman que los resultados que obtuvieron indican que dos de los ciclopéptidos que sintetizaron “podrían considerarse candidatos principales en el desarrollo de bioherbicidas capaces de mitigar el impacto ambiental que la evolución de la agricultura ha tenido en la calidad del agua”. Así, de forma rápida y sencilla, ya en el resumen del trabajo ponen sobre la mesa una serie de fenómenos que están interconectados: lo que les echamos a los cultivos, la calidad del agua, las floraciones de cianobacterias, nuestra salud y la del ambiente. Pero ¿cómo llegan a esto?
“Desde la química orgánica venimos trabajando en la síntesis de productos con actividad farmacológica, potenciales fármacos. Estábamos trabajando en el área de la malaria, Trypanosoma brucei y otros parásitos que afectan a países del tercer mundo”, dice Serra. “Si bien siempre nos interesó ese tema, cuando, en 2019, se dieron las grandes floraciones de cianobacterias, nos preocupamos y nos preguntamos cómo podíamos aportar desde la química orgánica, que consiste en la preparación de diferentes productos. Queríamos ver si podíamos aportar un granito de arena a la solución de estos problemas”, confiesa.
“Ya que se está usando tanta cantidad de herbicidas en nuestro país, porque ha habido un aumento cercano a 800% en su importación desde la primera década de los 2000, pensamos que de alguna manera estos herbicidas que se vuelcan en las aguas contribuyen, junto con el calentamiento global, a las floraciones de cianobacterias”, relata Serra. “Entonces nos planteamos que si lográbamos preparar compuestos que pudieran tener cierta acción herbicida y que a su vez pudieran inhibir el crecimiento de las cianobacterias, sería un trabajo redondo”, dice mientras me dan ganas de aplaudirla de pie.
Para conocer más sobre las cianobacterias recurrieron (y reclutaron) a Beatriz Brena en la propia Facultad de Química, experta en la detección de microcistinas, las toxinas que dañan a humanos y animales de las cianobacterias Microcystis aeruginosa, que abundan en las floraciones que preocupan en nuestro país. Ella los llevó también a dar con el grupo de Aubriot, que tiene cultivos de cianobacterias para investigación en la Facultad de Ciencias y que también se sumó al proyecto. El dream team se completó con Juana Villalba, de la Facultad de Agronomía de la Udelar, referente en herbicidas que también dio el sí. “A ellos les gustó la idea y les gustaron los compuestos que estábamos proponiendo, que son o productos naturales o análogos a productos naturales”, dice Serra. Con todos a bordo, presentaron un proyecto al llamado 2019 del Fondo Clemente Estable de la Agencia Nacional de Investigación e Innovación (ANII). Ganaron y en 2020 comenzaron a trabajar específicamente en ello.
Gloria Serra y Laura Posadas.
Foto: Mara Quintero
Mirando la naturaleza
Serra habló de productos naturales, algo sumamente importante en todo este trabajo. “Ya veníamos trabajando con ese tipo de compuestos, buscando potenciales fármacos, y entonces nos propusimos lo mismo. Hicimos una búsqueda bibliográfica de qué productos naturales había con cierta actividad herbicida y si había algo que inhibiera también el crecimiento de las cianobacterias. Ahí encontramos los ciclopéptidos, que ya veníamos trabajando con Laura y con otros estudiantes de doctorado que ya habían terminado sus tesis hace tiempo: ya conocíamos su química, cómo se comportan, cómo prepararlos”, cuenta. “Laura ya venía trabajando con ciclopéptidos naturales y ya había preparado algunos derivados en vista de este proyecto que habíamos presentado”, reconoce Serra. Es que a las buenas ideas hay que ayudarlas: cuando finalmente obtuvieron fondos para su investigación, parte del camino ya había sido recorrido.
Estos ciclopéptidos que sintetizaron tuvieron un modelo del mundo real: son compuestos que imitan a otros que elaboran los hongos marinos Aspergillus versicolor. Justamente del nombre de la especie es que se deriva el nombre de estos compuestos, que en el trabajo denominan en inglés versicotides y que en español podríamos apodar versicótidos o ciclopéptidos versicoloridos. Posada ya trabajaba con ellos para la tesis de doctorado que defendió antes de que saliera el artículo.
“Yo venía trabajando con ciclopéptidos de este hongo sintetizándolos para probarlos como antiparasitarios desde 2015”, dice Posada. “Leyendo bibliografía encontramos que, por analogía estructural con otros productos naturales, podían llegar a tener actividad herbicida. Después encontramos otros ciclopéptidos que podían llegar a tener actividad contra las cianobacterias y entonces se dio todo para pensar este proyecto”, señala. Hablar de compuestos naturales y de síntesis en un laboratorio de química orgánica puede parecer contradictorio, pero no lo es.
Más sintetizadores que en la música tecno
Posada y Serra no utilizan los metabolitos o péptidos del propio hongo, sino que sintetizan compuestos idénticos a los que produce Aspergillus versicolor. De cierta manera, miran qué biomoléculas producen los seres vivos y tratan de reproducirlas.
“En general en la industria farmacéutica sirve que haya una forma sintética de hacer las cosas y no sólo la extracción de los compuestos de la naturaleza, porque los recursos naturales son finitos y no siempre están disponibles para extraerlos. Por eso siempre es valioso que la síntesis esté reportada y por ello se trabaja en sintetizar productos de origen natural”, explica Posada. Serra la secunda: “Son muy pocos los fármacos que están en el mercado que son producidos por biotecnología en forma natural. En general se pasa a una etapa sintética”.
Serra, con su amplia trayectoria en la química, enseguida abre el paraguas: “A veces parece que si algo es sintético o químico es malo, pero no es así. Lo que nuestro grupo hace desde hace más de 30 años es tomar como modelo productos naturales que son producidos por organismos marinos, hongos, plantas, etcétera, vemos su estructura y tratamos de sintetizarla o crear análogos a esa estructura, compuestos parecidos”. Este camino no es nuevo, y de hecho Serra cuenta que más de 60% de los fármacos son obtenidos ya sea de fuentes naturales o sintetizados tomando como modelo alguna parte de una molécula natural. Y allí hay algo relevante.
Evaluación de los ciclopéptidos sobre cianobacterias en Facultad de Ciencias. Foto, gentileza Gloria Serra.
“Si bien en la industria farmacéutica eso ha sido muy exitoso, en la industria de herbicidas sólo 8% de los compuestos que se utilizan fueron sacados de productos naturales. Es un porcentaje bajísimo”, señala Serra. Y acá es cuando la síntesis basada en reproducir moléculas naturales y la creación de nuevas moléculas implican una diferencia enorme que está en la raíz de su proyecto. “Tomar la naturaleza como ejemplo tiene ciertas ventajas, porque de alguna manera la naturaleza produce algo que también es posible degradar o metabolizar”.
En concreto, en el trabajo comunican los resultados que obtuvieron al probar seis versicótidos, cuatro ya sintetizados antes de presentar el proyecto, que denominan A, B, C y D, y dos sintetizados ya con el proyecto en marcha, denominados E y F, tanto en su potencial acción herbicida en semillas de rye grass (Lolium multiflorum), una maleza que afecta a varios cultivos y que les da muchos dolores de cabeza a los productores de soja, ya que ha desarrollado resistencia al glifosato, así como en la inhibición de crecimiento de la cianobacteria Microcystis aeruginosa.
¿Cómo?
Les pregunto si conocen la vía de acción, cómo es que estos ciclopéptidos versicoloridos logran inhibir el crecimiento de las plantas y también de las cianobacterias, que no son plantas. En algo que tienen en común ambos organismos deben estar interfiriendo.
“Uno de los productos que nosotros tomamos como modelo de productos naturales, la tentoxina, afecta la respiración de las plantas. Sobre otro producto que regula el crecimiento de la Microcystis aeruginosa, que es producido por otra cianobacteria, aún no se sabe el mecanismo. De todas formas, hay algo común en los ciclopéptidos que es que pueden coordinarse con metales. Entonces podría llegar a ser que algún metal esencial, ya sea para la respiración o para algún metabolismo de la cianobacteria, no esté disponible para ser utilizado porque este ciclopéptido lo agarró. Pero es algo que todavía no sabemos”, dice Serra.
De todas formas, si bien considera que el mecanismo de acción es importante, no se desespera. “Siempre recuerdo una ocasión en la que estaba un asesor de la fundación Melinda Gates, que ha hecho mucho por la erradicación de la malaria, que nos dijo que no nos preocupáramos por el mecanismo de acción, que produjéramos compuestos y que viéramos la actividad biológica. Él decía que el mecanismo se veía después, que lo que había que hacer primero era producir compuestos y probar si son activos. Ese consejo como que me lo guardé y, si bien el mecanismo siempre es importante, eso viene en una etapa posterior”, cuenta.
Probando
Los seis versicótidos fueron probados en su potencial como herbicidas en la estación experimental de la Facultad de Agronomía: se los colocó en placas de Petri, en las que debían germinar semillas de rye grass. Se buscaba, como dice el trabajo, ver “la influencia en la germinación, el desarrollo de la hoja y el crecimiento de la longitud de la radícula”.
Entonces encontraron que, de acuerdo a estas tres variables, “todos los compuestos menos el versicotide C mostraron efecto fitotóxico en las semillas” de la maleza. Como hermanos con distinta personalidad, cada uno tuvo sus puntos fuertes y flacos. “Los versicotides A y B tuvieron un efecto significativo en las tres variables”, mientras que “E y F no inhibieron la germinación, pero afectaron el desarrollo posterior de las semillas” y “D mostró un efecto relevante sobre la germinación de semillas y el crecimiento posterior de la radícula, pero tuvo un efecto menor sobre el desarrollo de las hojas”, comunican en el artículo. En otras palabras, menos el ciclopéptido versicolorido C, todos los demás tenían lo suyo como para ser tenidos en cuenta como posibles herbicidas. Pero eso no era suficiente: además buscaban que les complicaran la vida a las cianobacterias.
Cultivos de Microcystis aeruginosa fueron desafiados con los seis ciclopéptidos sintetizados en la Facultad de Ciencias. “Los versicotides D y F provocan una importante reducción de la población” de las cianobacterias en dosis de 40 microgramos por mililitro. Y aquí hay otro tema a tener en cuenta: “Sabíamos que si se utiliza algo para inhibir el crecimiento de la cianobacterias es muy importante que la pared de la cianobacteria no se rompa, porque si se rompe libera las toxinas al medio, que es lo que se pretende evitar”, sostiene Serra. Y entonces hicieron experimentos para ver si, además de inhibir el crecimiento, algunos de estos ciclopéptidos reducían la producción de toxinas.
Los ciclopéptidos versicoloridos A, B, C y F disminuyeron la producción de microcistinas, las toxinas jodidas de estas cianobacterias, entre 13% y 27%, mientras que el E apenas lo hizo en 5,5%. Y entonces se erigió un candidato ideal: habiendo pasado la prueba como herbicida, habiendo inhibido el crecimiento de las cianobacterias y con un efecto de reducción sobre las toxinas de casi 83%, el versicótido D se robó todas las miradas.
“Esa fue una de las cosas más importantes del versicotide D”, dice Posada. Que, además, ya corría con una ventaja extra: “Nosotros ya habíamos probado la baja toxicidad de ese compuesto, porque cuando lo estuvimos trabajando como posible antiparasitario ya lo evaluamos con un grupo que hace ese tipo de ensayos y había dado que tenía una citotoxicidad baja”, cuenta. Es decir que el versicotide D promete como herbicida, promete como compuesto para evitar la proliferación de cianobacterias y ya sabemos que no es tóxico para células humanas. ¡En tu cara, glifosato!
De todas formas, vayamos con cautela. Estos son primeros trabajos exploratorios. Luego habrá que despejar otro montón de interrogantes, como la forma de aplicación –imaginan que se aplique con aspersor por las hojas, algo que aún no han probado–, cantidades, efectos sobre los cultivos y otra larga lista de pruebas. Pero encontrar una molécula que produce estos efectos es el valioso y fundamental primer paso para luego pensar en todo lo que podría hacerse. Y para colmo el grupo, también integrado por la estudiante de posgrado Camila Irabuena y la profesora Laura Scarone, no para: “En este momento ya debemos de tener alrededor de 40 compuestos que han sido evaluados en su acción herbicida”, confiesa Serra.
Ensayos para evaluar el potencial herbicida de estos ciclopéptidos en Estación Casinoni de Facultad de Agronomía. Foto, gentileza de Gloria Serra.
Durmiendo más tranquilas
Lo valioso de este trabajo no es proponer una herramienta para el combate frontal contra las cianobacterias, sino que apunta al otro extremo: proponen un posible herbicida menos tóxico para los cultivos y de yapa, si el producto llega a los cursos de agua, es menos nocivo para el ambiente y no contribuye al banquete de nutrientes que les estamos dando a las cianobacterias. “Nunca pensamos en estos ciclopéptidos como para aplicarlos solamente en las cianobacterias”, concuerda Serra. “La idea es proponerlos como herbicidas. Si después llega a los ríos y de alguna manera tiene una acción contra la proliferación de cianobacterias, bienvenido sea”, amplía.
“Además la idea es atacar otro problema, que es el de la resistencia de las malezas a distintos agroquímicos, algo que se da cada vez más. Buscar otros mecanismos es importante para eso”, complementa Posada. “El problema es que, ante esta resistencia de las malezas, algunos productores lo que hacen es echar más cantidad de producto”, suspira angustiada Serra. En un contexto en el que la declaración de productos aplicados es voluntaria, el problema de la resistencia es más alarmante.
Les pregunto entonces si duermen más tranquilas sabiendo que el país tenía un problema y que hicieron algo al respecto, dando con unos compuestos prometedores. “Una por lo menos tiene la tranquilidad y la felicidad de que esto en lo que trabajamos sirvió para algo, que es o intenta ser un aporte”, dice Posada.
“Digamos que una duerme más tranquila en el sentido de que trabajamos para algo que puede ser útil. Esto es algo que nos preocupa en el Departamento de Química Orgánica, porque la síntesis orgánica tiene mucho de ciencia básica, entonces uno le tiene que buscar alguna aplicación”, expresa Serra. Como buena investigadora, no piensa sólo en ella, sino en quienes vienen detrás. “Me satisface que sirva como ejemplo para los más jóvenes. Porque si no buscás algo aplicable, lamentablemente es muy difícil hacer química de síntesis orgánica en este país. Buscar la forma de aplicarla para ayudar a una problemática es algo que nos deja contentos”, apunta Serra, satisfecha porque se ha formado –y se está formando– gente en torno a esto.
El gran mar verde de 2019, como la pandemia, trajo preocupaciones. También como en la pandemia, la comunidad científica reaccionó rápidamente. Sin tanto apoyo ni alto perfil, aquí no se propone una vacuna contra las cianobacterias sino algo más ambicioso: poner la química al servicio del país y de su forma de producción agrícola. Siguiendo con la pandemia, esto es tan maravilloso como pensar en las causas que hacen que un virus de murciélagos les termine complicando la vida a los humanos. En lugar de pensar cómo apagar incendios, aquí hay ciencia de la linda para intentar evitar que se produzcan.
Maternidad
¿Qué pasa con la maternidad de estos versicótidos con efecto herbicida y anticianobacterias? Está bien, vienen de un hongo marino, pero ¿hay algún derecho que puedan reclamar nuestras químicas?
“En este caso se puede patentar la acción del compuesto. La síntesis en sí no implica una novedad demasiado importante, son metodologías que se usan en el mundo, pero la actividad biológica que encontramos se podría llegar a patentar para estos compuestos”, dice Serra. “Todavía estamos en una etapa en la que podemos tomar la determinación de patentarlos porque publicamos los resultados hace poco”, agrega. Durante un año, tienen una ventana para hacerlo. Pero no es sencillo.
“Nosotros teníamos la patente provisional de unos compuestos para la malaria, nos apoyó la ANII y nos apoyó la universidad a través de la CSIC [Comisión Sectorial de Investigación Científica], se contrató a un staff de abogados para redactar las patentes, trabajamos muchísimo durante más de dos años y pico... El tema es que lamentablemente la Udelar, y creo que tampoco la ANII, no tienen presupuesto como para afrontar todas las etapas necesarias para obtener el patentamiento”, agrega Serra con cierta impotencia.
“Teníamos la patente provisional para un potencial fármaco y, como siempre, te hacen observaciones. Cuando mandaron las observaciones estuvimos viendo cómo hacíamos para contestarlas. Había que contratar otra vez a los abogados, había que hacer otras cosas y finalmente la Universidad se quedó sin presupuesto para seguirnos apoyando. Fue triste, porque se trabajó mucho para eso y porque además fue apoyado tanto por la ANII como por la Universidad. Llegamos a un punto en que el dinero es importante y por más voluntad que le pongas, no alcanza”, relata.
“En aquel caso se trataba de un fármaco potencial. Tal vez era muy difícil y en este caso, como se trata de un herbicida, tal vez sea más sencillo y eso haga que resulte interesante para una industria de agroquímicos. Mi idea es primero salir a ver si hay interés en la industria para que, una vez que se produzca la patente, se pueda seguir. Si tenemos que esperar mucho tiempo, ya sabemos que no hay presupuesto para eso. Es un tema difícil”, comenta Serra.
“Yo quedé convencida de que hay que patentar, porque si esto resulta le estás devolviendo a la Universidad todo el apoyo que te ha dado durante tantos años para hacer las investigaciones, para formar a gente. Se ha invertido dinero y de alguna manera, si sale algo, que la Universidad tenga una recompensa me parece ideal”, dice luego.
Posada ahora se va a hacer un posdoctorado a Alemania. En broma le digo que se lleve sus versicótidos a la BASF. “Recuerdo que hace muchos años en un congreso de síntesis orgánica que se realizó en Brasil, un investigador de la BASF nos dio una charla”, saca Serra a colación. “Como lo del asesor de la fundación Melinda Gates, algo que dijo en su charla se me quedó grabado. En su conferencia nos miró fijo a los 300 químicos orgánicos sintéticos que estábamos allí y nos dijo que, además de compuestos con potencial actividad farmacológica, existe toda esta área que puede dar muchos frutos pero que los químicos orgánicos sintéticos no estábamos explorando”, rememora.
“Cuando pensé en esto de las cianobacterias, me acordé de eso y me dije que capaz que tenemos que ir por el lado de los herbicidas. Aquella charla fue inspiradora, son cosas que te quedan. Así que sí, la BASF puede ser una buena opción”, remata sonriendo Serra.
Título: “Cyclopeptides Natural Products as Herbicides and Inhibitors of Cyanobacteria: Synthesis of Versicotides E and F”
Publicación: Chemistry Select (julio de 2022)
Autores: Laura Posada, Luciana Rey, Juana Villalba, Sol Colombo, Luis Aubriot, Natalia Badagian, Beatriz Brena y Gloria Serra.