Aunque el monóxido de carbono suele asociarse a toxicidad en altas concentraciones, el organismo también lo produce naturalmente en pequeñas cantidades, donde participa en procesos de regulación inflamatoria. A partir de esta lógica, el equipo investigó si bacterias beneficiosas capaces de generar esta molécula podían modular la respuesta del hospedero y disminuir el daño asociado a infecciones e inflamación.

El estudio, publicado en iScience, revista de Cell Press, bajo el título Carbon monoxide-producing probiotic Escherichia coli attenuates HSV-1 skin disease, forma parte del trabajo de tesis doctoral de Omar Vallejos y muestra que cepas probióticas de Escherichia coli productoras de CO pueden reducir la severidad de la infección por virus herpes simple tipo 1.

La investigación integra tres líneas desarrolladas por Investigadores Principales del IMII: la identificación de nuevas bacterias probióticas, liderada por la Dra. Susan Bueno; la modulación de la respuesta inmune antimicrobiana, asociada al trabajo del Dr. Alexis Kalergis; y el estudio de infecciones por virus herpes simple, desarrollado por el Dr. Pablo González.

La investigación es liderada por Omar Vallejos, tesista de Doctorado en Genética Molecular y Microbiología e investigador doctoral del IMII, bajo la tutoría de la Dra. Susan Bueno y el Dr. Alexis Kalergis, y en colaboración con el Laboratorio del Dr. Pablo González. El proyecto se desarrolla en la Pontificia Universidad Católica de Chile, con apoyo del IMII y del Consorcio Tecnológico en Biomedicina Clínico-Molecular (BMRC), además de la colaboración internacional de la Sorbonne Université de Francia.

Los hallazgos forman parte de una línea que el IMII desarrolla desde 2020, cuando el laboratorio describió la presencia de genes de hemoxigenasas bacterianas en cepas probióticas, enzimas que hasta entonces habían sido estudiadas principalmente en bacterias patógenas.

“Este tipo de investigación es un ejemplo de cómo la articulación entre investigación básica rigurosa y una proyección biomédica concreta puede generar conocimiento con impacto real; el hecho de trabajar con cepas aisladas desde nuestra propia población hace que las preguntas sean pertinentes y las respuestas, potencialmente aplicables”, señala el Dr. Alexis Kalergis, director del IMII y Profesor Titular de la Facultad de Ciencias Biológicas de la UC.

Monóxido de carbono como molécula reguladora

El punto de partida del proyecto está en una distinción clave: no se trata de administrar monóxido de carbono directamente, sino de estudiar bacterias beneficiosas que producen esta molécula de forma natural y evaluar cómo pueden influir sobre la inflamación del hospedero.

“En cantidades pequeñas y controladas, el CO es una molécula con un gran potencial antiinflamatorio; nosotros mismos lo producimos de forma endógena a través de enzimas hemoxigenasas presentes en mamíferos, y lo que hacemos es evaluar bacterias beneficiosas que producen CO de manera natural para disminuir el daño que provocan infecciones por virus herpes y otras patologías, como la infección por Salmonella, o modelos de enfermedades inflamatorias”, sostiene Omar Vallejos.

Para la Dra. Susan Bueno, directora alterna del IMII y profesora titular UC, el proyecto surge de una pregunta distinta a la explorada tradicionalmente en bacterias asociadas a enfermedad.

“Identificar hemoxigenasas bacterianas en cepas probióticas planteó una pregunta distinta a la que tradicionalmente se había explorado en bacterias asociadas a enfermedad. Si estas enzimas han sido vinculadas a procesos de adaptación bacteriana al hospedero, ¿podrían bacterias comensales emplear una vía similar para modular la respuesta inflamatoria de forma beneficiosa? Esa reorientación conceptual es la que sostiene el diseño experimental del proyecto”, indica la Dra. Bueno.

El laboratorio del Dr. Pablo González, investigador principal del IMII y académico UC, ha estudiado por años la interacción entre el virus herpes simple tipo 1 y el hospedero, incluyendo el rol de la enzima hemoxigenasa-1 (HO-1) en la respuesta antiviral. Sus investigaciones han demostrado que esta vía puede contribuir a limitar la replicación viral y disminuir el daño asociado a la infección.

“La hemoxigenasa-1 es una enzima con un reconocido efecto citoprotector e inmunorregulador, para la cual hay evidencia científica creciente sobre su rol protector en el contexto de infecciones virales. El hecho de que estas cepas probióticas que contienen esta enzima generan una respuesta favorable contra la infección herpética de piel, aporta evidencia adicional a los roles favorables de HO-1 en infecciones virales y abre el campo para el desarrollo de nuevas estrategias terapéuticas potenciales basadas en la modulación de esta enzima para una mejor respuesta antiviral, como la descrita en esta nueva publicación”, señala el Dr. González.

Reducción de severidad en infección e inflamación

Además del modelo de virus herpes simple incluido en la publicación, el equipo ha evaluado estas cepas en otros modelos preclínicos, incluyendo infección por Salmonella y patologías inflamatorias. En todos los casos, las cepas demostraron un perfil de seguridad favorable, reforzando el interés por estudiar este mecanismo en distintos contextos biológicos.

La relevancia del enfoque está en que muchas enfermedades infecciosas no dependen solo del microorganismo que las causa, sino también de la respuesta inflamatoria del hospedero. Cuando esta respuesta es excesiva o desregulada, puede agravar el daño tisular y empeorar el curso de la enfermedad, incluso cuando el patógeno está siendo controlado.

“Muchas enfermedades infecciosas no solo dependen del microorganismo que las causa, sino también de cómo el hospedero responde; una respuesta inflamatoria excesiva puede agravar significativamente el cuadro clínico, y en un escenario de resistencia antimicrobiana creciente, necesitamos estrategias complementarias que ayuden a modular esa respuesta y reducir la severidad”, sostiene el investigador doctoral.

El investigador enfatiza que esta línea se diferencia del uso comercial o generalista de probióticos, ya que se enfoca en cepas con una función molecular específica, evaluada en modelos experimentales controlados.

“Cuando hablamos de probióticos no estamos hablando solo de suplementos o tendencias, sino de investigación científica con preguntas concretas y mecanismos definidos; la pregunta es si esta plataforma de probiótico más producción de CO puede modular la respuesta frente a infecciones reales”, agrega Omar.

Cepas chilenas y soberanía sanitaria

El origen de las cepas también es relevante. Las bacterias seleccionadas fueron aisladas desde la microbiota de voluntarios chilenos sanos, lo que abre la posibilidad de desarrollar futuras formulaciones basadas en material biológico de origen nacional.

“Desarrollar herramientas biológicas pensadas para nuestra realidad no solo tiene sentido científico, sino que también contribuye a fortalecer la soberanía sanitaria del país, generando conocimiento y soluciones desde Chile y para Chile”, apunta el Dr. Kalergis.

La línea se desarrolla desde 2017, cuando el laboratorio comenzó a establecer protocolos, acondicionar espacios y adquirir equipamiento específico para trabajar en probióticos. El proyecto doctoral de Vallejos consolida esa capacidad instalada y suma colaboraciones internacionales, incluyendo el trabajo con la Sorbonne Université de Francia.

Si los resultados se consolidan, el proyecto podría sentar las bases para el desarrollo de una formulación probiótica con mecanismo molecular definido, basada en cepas de origen chileno.

“En el ámbito de la salud, depender exclusivamente de desarrollos externos nos deja en una posición vulnerable; generar conocimiento y capacidades propias contribuye a la soberanía sanitaria y al desarrollo de soluciones adaptadas a nuestra realidad, con potencial para aportar antecedentes en estrategias de prevención y desarrollo de bioproductos nacionales basados en microbiota local”, agrega la Dra. Bueno.

Los próximos pasos estarán orientados a profundizar la comprensión mecanística de estos hallazgos y completar comparaciones con cepas modificadas incapaces de producir CO, con el objetivo de reforzar la evidencia en distintos modelos preclínicos antes de proyectar futuras aplicaciones.