Biología estructural de máquinas moleculares de reciclaje de peptidoglicanoimplicaciones en mecanismos de resistencias a antibióticos

Resum

La resistencia bacteriana a antibióticos es una de las amenazas más serias que afectan a la salud pública mundial. Las infecciones causadas por bacterias resistentes son cada vez más frecuentes e invasivas, y varios de estos patógenos han desarrollado resistencias a más de un antibiótico. La situación actual para aquellos pacientes con infecciones bacterianas resistentes implica tratamientos poco efectivos que alargan sus estancias hospitalarias y ponen en serio peligro su vida. En términos económicos, las consecuencias derivadas de la creciente resistencia a antibióticos generan gastos millonarios a la salud pública. Dado que la efectividad de los antibióticos es cada vez menor, la carrera en busca de nuevas alternativas terapéuticas está en marcha. La pared celular es el blanco por excelencia para combatir infecciones bacterianas. En este trabajo se estudian varias enzimas claves en el proceso de reciclaje de la pared celular en organismos Gram-negativos y su posible utilización como dianas terapéuticas. Las transglicosilasas líticas LTs son enzimas de vital importancia para la salud de la bacteria ya que son las encargadas de comenzar el proceso de reciclaje del peptidoglicano. MltE y MltC de E. coli son dos transglicosilasas líticas ancladas a la membrana externa y cuyo estudio se presenta en este trabajo. MltE es una enzima puramente endolítica y su estructura cristalográfica ha demostrado que podría ser la encargada de comenzar el proceso de reciclaje de la pared celular. La estructura permite explicar los productos obtenidos previamente de forma experimental, así como el posible mecanismo de acción in vivo de la proteína.MltC, por el contrario, tiene una actividad esencialmente exolítica aunque se han observado productos minoritarios procedentes de una reacción endolítica de la enzima. La estructura cristalográfica de MltC, así como la estructura en complejo con tres análogos de peptidoglicano, ha explicado estos resultados y ha sido fundamental para proponer un mecanismo de acción de la enzima in vivo. En este trabajo se demuestra, por primera vez, que una transglicosilasa lítica posee un mecanismo procesivo y se identifica un dominio previamente desconocido DUF 3393 al que se le asigna una función vital para el funcionamiento de la MltC. Pseudomonas aeruginosa es un patógeno oportunista en humanos que ha desarrollado resistencias a todos los antibióticos utilizados para combatirlo. Estudios recientes han observado que el mecanismo de resistencia de este patógeno es distinto al de otras bacterias Gram-negativas. Este cambio se atribuye a la presencia de tres amidasas AmpD, una citoplásmica común a todos los Gram-negativos, y otras dos periplásmicas, AmpDh2 y AmpDh3, cuyos productos de reacción han sido directamente relacionados con la virulencia de P. aeruginosa. En este trabajo se presentan estas dos nuevas amidasas: AmpDh2 y AmpDh3. AmpDh2 es un dímero anclado a la membrana. Su estructura cristalográfica ha permitido demostrar cómo la enzima actúa sobre cadenas de peptidoglicano entrecruzadas y por primera vez se ha observado una amidasa en complejo con una cadena glicánica. Su disposición dimérica y su localización celular limitan su actividad a cadenas de peptidoglicano externas. AmpDh3 funciona como un tetrámero no anclado a la membrana. Su estructura cristalográfica ha permitido proponer un mecanismo de acción para esta enzima in vivo, por el que sería capaz de introducirse en la malla de peptidoglicano y romper la parte peptídica de las cadenas desde el interior. Las actividades de AmpDh2 y AmpDh3 son complementarias en P. aeruginosa y gracias a este trabajo se ha podido desvelar parte del mecanismo de resistencia a antibióticos de este peligroso patógeno.