MADRID, 31 Ago. (EUROPA PRESS) -
Los investigadores han aplicado una nueva tecnología para generar el inventario completo de mutaciones en la especie bacteriana 'Escherichia coli' en las que el antibiótico rifampicina se une a una enzima bacteriana esencial conocida como ARN polimerasa (RNAP) y la desactiva, según publican en la revista 'Nature'.
La medicina moderna depende de los antibióticos para tratar las infecciones mediante la desactivación de objetivos dentro de las células bacterianas. Una vez en el interior de las células, se unen a determinadas enzimas para detener el crecimiento bacteriano.
En los genes de estas dianas se producen cambios aleatorios (mutaciones) que, en algunos casos, dificultan la adhesión del antibiótico a la diana y hacen que la versión bacteriana sea resistente al tratamiento.
Por esta razón, cuanto más antibióticos se han utilizado a lo largo del tiempo, mayores son las probabilidades de que las poblaciones bacterianas evolucionen hasta tener mutantes resistentes a los antibióticos existentes, y más urgente es la necesidad de nuevos enfoques para evitar que los tratamientos queden obsoletos.
Los investigadores llevan décadas estudiando los mutantes resistentes con la esperanza de que los mecanismos relacionados guíen el diseño de nuevos tratamientos para vencer la resistencia. Sin embargo, el esfuerzo se ha visto limitado porque los mutantes resistentes que se producen de forma natural representan una pequeña fracción de las mutaciones que podrían producirse (el espacio mutacional completo), y hasta la fecha se han pasado por alto la mayoría de las mutaciones de los sitios de unión de los fármacos.
Para hacer frente a este reto, un nuevo estudio dirigido por investigadores de la Facultad de Medicina Grossman de la NYU aplicó una tecnología denominada MAGE (Multiplex Automated Genome Engineering) para generar el inventario completo de mutaciones en la especie bacteriana 'Escherichia coli' en las que el antibiótico rifampicina se une a una enzima bacteriana esencial conocida como ARN polimerasa (RNAP) y la desactiva.
Los autores del estudio crearon 760 mutantes RNAP únicos sustituyendo cada uno de los 38 bloques de aminoácidos que componen el sitio de unión de la rifampicina en 'E. coli' por cada una de las veinte opciones de aminoácidos presentes en la naturaleza. A continuación se probó el crecimiento de este conjunto de mutantes en diferentes condiciones, incluido el tratamiento con rifampicina.
El estudio halló dos mutantes, L521Y y T525D, que son hipersensibles a la rifampicina. El antibiótico no sólo impide el crecimiento de estos mutantes, sino que casi elimina las poblaciones bacterianas mutantes. Se trata de un hallazgo notable, dicen los autores, porque la rifampicina normalmente no mata la 'E. coli' ni muchos otros patógenos bacterianos, sino que sólo detiene su crecimiento.
"Este trabajo proporciona un mapa de las interacciones antibiótico-bacteriana RNAP que será de valor para los químicos que trabajan para construir sobre los efectos del estudio mediante el cambio, no los residuos del sitio de unión bacteriana, sino en lugar de la estructura de la rifampicina y otros antibióticos de manera que se unen más estrechamente para aumentar la potencia --apunta el co-investigador principal del estudio Evgeny Nudler, The Julie Wilson Anderson Profesor de Bioquímica, en el Departamento de Bioquímica y Farmacología Molecular, en NYU Langone Health--. Nuestros hallazgos también sugieren formas de mejorar la capacidad de la rifampicina para unirse a proteobacterias, actinobacterias y firmicutes, grupos bacterianos que incluyen mutaciones naturales de la RNAP que las hacen vulnerables a la rifampicina".
El RNAP construye las cadenas de ARN que guían la construcción de proteínas a partir de aminoácidos. Los mutantes creados en el nuevo estudio revelaron que la rifampicina mata a las bacterias al paralizar la RNAP, provocando así colisiones entre ésta y la maquinaria celular que opera en el mismo espacio molecular para duplicar el ADN a medida que las células se dividen y multiplican. Esto, a su vez, provoca roturas letales en ambas cadenas del ADN bacteriano.
En otros resultados del estudio, se descubrió que algunas de las mutaciones del sitio de unión de la RNAP de 'E. coli aumentan enormemente la velocidad con la que la RNAP construye ARN y, por tanto, la velocidad a la que utiliza las materias primas, incluidos los bloques de construcción de nucleótidos como las pirimidinas.
Según los investigadores, este trabajo tiene importantes implicaciones para la comprensión del mecanismo de acción de los análogos de nucleótidos, como el fármaco anticancerígeno 5FU. Entender cómo la depleción de nucleótidos sensibiliza a las células a los suministros de nucleótidos puede ayudar a diseñar nuevas terapias combinadas, afirman.
"Estas técnicas podrían aplicarse para cartografiar los sitios de unión de otros tipos de fármacos, y especialmente a los vulnerables a la resistencia", concluye el coinvestigador principal del estudio, Aviram Rasouly, doctor e investigador científico en NYU Langone.
