Estudio estructural de proteínas de remodelado de la pared bacteriana implicadas en virulencia y resistencia a antibióticos

Resumen

La resistencia a antibióticos es uno de los mayores problemas sanitarios que sufre el mundo actualmente. Los tratamientos contra las infecciones bacterianas son cada vez menos efectivos debido a la aparición de numerosas cepas resistentes a múltiples fármacos, de ahí la necesidad de producir nuevos antibióticos. Para frenar el crecimiento de las superbacterias, es importante seguir estrategias tales como reducir el consumo de antibióticos en medicina humana y veterinaria, limitando la exposición de las bacterias a los mismos para evitar la proliferación de genes resistentes. La pared bacteriana es una diana fundamental en el desarrollo de nuevos antibióticos, puesto que es una estructura crítica para la supervivencia de la bacteria. Nuevos conocimientos acerca de los procesos de formación y degradación de la pared, así como del equilibrio osmótico de la bacteria, combinados con el estudio estructural y funcional de las numerosas enzimas que participan en los mismos abren el camino para la identificación de nuevas dianas terapéuticas. La conexión entre el reciclaje de la pared y la activación de la resistencia a antibióticos ßlactámicos en bacterias Gram negativas a través de unas enzimas llamadas transglicosilasas líticas (LTs) plantea nuevos retos para la investigación básica y aplicada. Además, la identificación de proteínas implicadas en osmoregulación establece un nuevo camino para el estudio de otros procesos clave para la supervivencia de la bacteria. Este trabajo estudia tres LTs de los organismos Escherichia coli y Pseudomonas aeruginosa. Su caracterización estructural es una potente herramienta para el diseño de moléculas pequeñas dirigidas a sus sitios activos que puedan inactivar su acción. Estas enzimas son MltE (de E. coli) y Slt y SltB2 (de P. aeruginosa), y sus mecanismos catalíticos y procesos de reconocimiento del sustrato son objeto de estudio en esta tesis. Además, se aborda el estudio de la glicosil hidrolasa BglX, posiblemente implicada en la osmoregulación de P. aeruginosa. Su determinación estructural y estudio del mecanismo catalítico aportan información clave para la comprensión de su actividad in vivo. MltE es pequeña y globular, cuya estructura mono-dominio la convierte en el modelo perfecto para estudios mecanísticos. Gracias al análisis de su secuencia, se cristalizaron cuatro mutantes puntuales que arrojaron información clave para el planteamiento de un modelo de mecanismo catalítico, diferente al comúnmente aceptado para las LTs, basado en un único paso. Además, se han identificado interacciones y motivos estructurales claves en el reconocimiento del PG. P. aeruginosa es un patógeno oportunista que ha desarrollado recientemente resistencias a numerosos antibióticos. La conexión entre el reciclaje de la pared y la producción de la ßlactamasa AmpC, ha abierto el estudio de las enzimas involucradas en este proceso como futuras dianas para los antibióticos. Se ha señalado que a Slt como la principal LT involucrada en la activación del mecanismo de resistencia y reparación de la pared ante el daño producido por antibióticos ßlactámicos. Su estructura anular y su larga cavidad catalítica le permitiría el acceso a cualquier parte del PG, incluso de aquellas regiones dañadas por el antibiótico. La reparación de la pared genera los productos de reacción que serían responsables de la producción de AmpC. Este trabajo es de gran relevancia pues mediante una serie de estructuras cristalográficas, se ha descrito completamente el comportamiento de Slt en el medio biológico. BglX forma un homodímero funcional, donde cada monómero contiene tres dominios implicados en la formación de la cavidad catalítica. Su mecanismo catalítico transcurre en dos etapas separadas por un intermedio de unión covalente entre enzima y sustrato. El análisis estructural de varios complejos y el estudio computacional han aportado detalles clave en la especificidad de la enzima, necesarios para comprender su actividad.