Investigadores describen estructuras celulares, mecanismos que permiten a las bacterias resistir a los antibióticos

AMES, Iowa – Dos nuevos descubrimientos del laboratorio de la Universidad Estatal de Iowa de Edward Yu se suman a la comprensión científica de cómo las bacterias resisten a los antibióticos.

Yu y su grupo de investigación acaban de describir dos estructuras y mecanismos (bombas de expulsión y paredes celulares reforzadas) que ciertas bacterias causantes de enfermedades utilizan para mantener alejados a los antibióticos. Esa comprensión podría conducir algún día a nuevos tratamientos que deshabiliten las estructuras y restablezcan la eficacia de los medicamentos.

“Estudiamos muchas bombas de eflujo para comprender la resistencia a los antibióticos”, dijo Yu, profesor del estado de Iowa con citas en física y astronomía; química; bioquímica, biofísica y biología molecular; y el Laboratorio Ames del Departamento de Energía de EE.UU. “La remodelación de la pared celular también es un mecanismo importante para trabajar contra los medicamentos antibacterianos.

“La estructura y el mecanismo dependen de la bacteria de la que estás hablando, y la bacteria encontrará la manera”.

Dos revistas acaban de publicar los últimos hallazgos del grupo de investigación de Yu:

1.  Un artículo  publicado en línea por Nature Communications describe  cómo la bacteria Campylobacter jejuni, que causa inflamación del tracto digestivo (enterocolitis) y diarrea asociada, utiliza una bomba de eflujo de tres moléculas para extruir medicamentos antibacterianos. Chih-Chia “Jack” Su, científica asociada del estado de Iowa; Linxiang Yin, estudiante de posgrado del estado de Iowa; y Nitin Kumar, estudiante de doctorado del estado de Iowa; son primeros autores.

Estudios anteriores informaron que las tres moléculas de la bomba funcionaban en una rotación sincronizada (una molécula accediendo, una molécula uniéndose y una molécula extruyendo) para bombear antibióticos desde la célula. El grupo de investigación de Yu encontró que cada parte de la bomba funcionaba independientemente de las demás, esencialmente creando tres bombas en una estructura.

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“Las tres bombas independientes la convierten en una bomba de eflujo multidrogas más poderosa”, dijo Yu.

2.  Un  artículo publicado en línea por Proceedings of the National Academy of Sciences Early Edition  describe cómo la bacteria Burkholderia multivorans, que puede causar neumonía en personas con inmunodeficiencias o enfermedades pulmonares como la fibrosis quística, es capaz de remodelar y fortalecer su pared celular. , cerrando la puerta a una gama de fármacos antimicrobianos. Kumar y Su son los primeros autores.

El artículo se centra en cómo estas bacterias transportan compuestos lipídicos hopanoides a sus membranas celulares externas. Los compuestos contribuyen a la estabilidad y rigidez de la membrana.

“En general, nuestros datos sugieren un mecanismo novedoso para el transporte de hopanoides involucrado en la remodelación de la pared celular, que es fundamental para mediar la resistencia a múltiples fármacos en Burkholderia”, escribieron los autores en un resumen del proyecto.

Las subvenciones de los Institutos Nacionales de Salud apoyaron ambos estudios. Las subvenciones del Departamento de Energía de EE. UU. también respaldaron experimentos de rayos X ultrabrillantes y de alta energía en la Fuente de fotones avanzada en el Laboratorio Nacional Argonne en Illinois.

Yu y su grupo de investigación tienen una larga historia de uso exitoso de cristalografía de rayos X para describir y comprender la estructura de bombas, transportadores y reguladores en bacterias. Una galería en el sitio web de su grupo de investigación muestra diagramas de cinta de 21 estructuras diferentes.

Debido a la importante contribución de Yu a la comprensión de la resistencia a los antimicrobianos en las bacterias, la Academia Estadounidense de Microbiología lo eligió como miembro de la academia a principios de este año.

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Con esa comprensión integral de las estructuras y los mecanismos detrás de la resistencia bacteriana a los antibióticos, Yu dijo que su grupo de investigación está comenzando a ver cómo se pueden apagar las bombas y los transportadores.

“Estamos tratando de encontrar un compuesto inhibidor”, dijo Yu. “Estamos pensando en hacer un poco más de ciencia traslacional. Tenemos mucha información rica sobre la estructura y función de estas bombas. ¿Por qué no usarlo?

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