Estudio del transporte de esteroides en Mycobacterium smegmatis mc²155 y sus aplicaciones biotecnológicas

Abstract

Debido a la importancia clínica, industrial y medio ambiental del colesterol, desde hace más de 70 años se han seleccionado microorganismos capaces de degradarlo. Sin embargo y pese a esta importancia, aún hoy en día se desconocen gran parte de las bases genéticas y bioquímicas del metabolismo de este compuesto, del que uno de los elementos claves es su transporte. Este proceso se asocia al operón mce4, que codifica un sistema de tipo ABC y contiene diez genes, yrbE4ABmce4ABCDEFmas4AB, dos de los cuales codifican las permeasas del sistema y el resto, de función desconocida, se postula que codifican las proteínas de unión al sustrato. Además, la actividad ATPasa del sistema ABC es proporcionada por el gen mceG, localizado lejos del operón mce4 y que comparte con otros sistemas Mce similares presentes en la misma célula. Dado el gran interés en el conocimiento del transporte de colesterol, esta Tesis Doctoral se ha centrado en el estudio de este proceso utilizando como modelo M. smegmatis y abordándolo mediante análisis genéticos y bioquímicos para facilitar su posterior aplicación con fines biotecnológicos. Los resultados obtenidos han permitido determinar que M. smegmatis posee un sistema Mce4 de transporte de esteroides dependiente de la estructura y disponibilidad en el medio de los mismos. De esta manera, los esteroides sin cadena lateral como la androstenediona o con cadena lateral corta como la pregnenolona, son capaces de difundir a través de la membrana sin necesidad de un transportador específico. En cuanto a los esteroides con estructura más compleja, el mecanismo de transporte es dependiente de su disponibilidad en el medio. Por lo tanto, esteroides como el colesterol o los fitosteroles son capaces de entrar por difusión pasiva cuando su disponibilidad en el medio es alta, pero necesitan del sistema de transporte activo Mce4 cuando la disponibilidad del esteroide es baja. Se ha podido determinar también que el correcto funcionamiento de este transporte activo requiere la totalidad de las diez proteínas presentes en el operón mce4 así como de la ATPasa MceG para generar un transportador funcional. Además, esta ATPasa posee una extensión C-terminal que parece estar implicada en la unión a proteínas auxiliares, por lo que a pesar del elevado número de componentes existentes en el operón mce4, los resultados obtenidos parecen ampliar su complejidad sugiriendo la implicación de un mayor número de proteínas en el transporte activo de colesterol. El estudio del sistema Mce4 ha permitido también relacionar el mismo con procesos de transporte de componentes lipídicos presentes en la envoltura celular de M. smegmatis mc2155 bajo situaciones de estrés. Este hecho sugiere que probablemente los compuestos esteroideos son capaces de utilizar el sistema Mce4 para transportarse al interior celular por su similitud estructural con algunos lípidos de la envoltura celular. Uno de los intereses principales de dilucidar la ruta metabólica del colesterol es que permitiría desarrollar nuevos procesos biotecnológicos en la industria farmacéutica para la producción de esteroides. Pese al creciente conocimiento que existe sobre esta ruta en los géneros Mycobacterium y Rhodococcus, el uso de estos organismos en biotransformaciones de interés industrial presenta diversos inconvenientes, por lo que la búsqueda de organismos heterólogos constituye una de las alternativas más prometedoras. En este sentido los estudios derivados de esta Tesis Doctoral acerca de los mecanismos de transporte de diversos esteroides de interés en la industria biotecnológica así como la caracterización de la deshidrogenasa MSMEG_5228, han permitido verificar la potencialidad de Corynebacterium como hospedador heterólogo en la producción industrial de compuestos esteroideos.