Investigadores identifican el componente que permite que un tipo de bacteria letal propague la resistencia a los antibióticos

Estructura tridimensional de la proteína relaxasa unida a un trozo de ADN. La histidina, imprescindible para cortar el ADN y transferirlo, se muestra en azul (abajo a la derecha) (Radoslaw Pluta, IRB Barcelona)

Científicos del IRB Barcelona identifican un componente clave de la maquinaria que permite  a Staphylococcus aureus  transferir genes que confieren resistencia a los antibióticos.

La infección por  S. aureus  es una grave amenaza en los hospitales de todo el mundo.

Detener la propagación de cepas bacterianas resistentes es una de las estrategias disponibles para hacer frente a las infecciones hospitalarias.

La resistencia a los antibióticos de la bacteria  Staphylococcus aureus  es responsable de 11.300 muertes al año solo en los Estados Unidos, cifra que corresponde a la mitad de todas las muertes causadas por bacterias grampositivas resistentes en ese país. Esta alta mortalidad está relacionada con la velocidad con la que la bacteria adquiere resistencia a los antibióticos. Un estudio realizado en el Instituto de Investigación Biomédica (IRB Barcelona) y en el que colabora el  Centro de Investigaciones Biológicas  (CIB-CSIC) de Madrid ha  identificado el componente clave de la maquinaria que  utiliza S. aureus  para adquirir y transferir genes que confieren resistencia a los antibióticos.  El trabajo ha sido publicado esta semana en el Actas de la Academia Nacional de Ciencias (PNAS) .

“La batalla contra las bacterias, particularmente en el entorno hospitalario donde son una gran amenaza, implica comprender cómo se transfieren los genes para adaptarse a un entorno cambiante. Por ejemplo, cuando se tratan con nuevos antibióticos”,  explica el responsable del estudio y líder del grupo del IRB Barcelona  Miquel Coll, también investigador del CSIC, que estudia la transferencia horizontal de genes desde la biología estructural.

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Detener la propagación

“La transferencia horizontal de genes confiere a las bacterias una capacidad extraordinaria para evolucionar y adaptarse rápidamente, una capacidad que los humanos no tienen, por ejemplo ”, dice  Coll . Una de estas vías se llama conjugación, un proceso por el cual dos bacterias se unen y una de ellas transfiere un trozo de ADN, llamado plásmido, a la otra. “Un plásmido es una pequeña pieza de ADN circular que contiene muy pocos genes, incluidos a menudo los de resistencia a los antibióticos, y solo tarda unos minutos en pasar entre las bacterias”, explica.

La transferencia horizontal de genes implica una maquinaria en la que la relaxasa, una proteína enzimática, es un componente clave. Gracias a la  resolución 3D de la estructura  del complejo formado por la  relaxasa con un fragmento del ADN plasmídico,  los investigadores han identificado que un  aminoácido  histidina es un elemento fundamental en el procesamiento del ADN y, por tanto, en la transferencia y propagación de la resistencia.

“Lo que hemos descubierto es que la relaxasa de diversas cepas de  S. aureus  se diferencia porque utiliza un aminoácido que no utiliza ninguna otra relaxasa que conozcamos ”, explica el primer autor del estudio,  Radoslaw Pluta , ex  “ la Caixa”  estudiante de doctorado en el IRB Barcelona, ​​y actualmente investigador postdoctoral en el Instituto Internacional de Biología Molecular y Celular en Varsovia, Polonia.

La histidina es el residuo catalítico que permite que la relaxasa corte el ADN, se una a él y estire una de las dos hebras y la lleve a la bacteria receptora, donde la hebra se replica para formar nuevamente una doble hebra del plásmido. Este nuevo plásmido ahora contiene los genes de resistencia y la maquinaria para transferirlos a otra bacteria. Los científicos indican que esta histidina catalítica está presente en las relaxasas del 85% de las cepas de  Staphylococcus aureus.

Para comprobar si la histidina es determinante en la transferencia horizontal de genes, los investigadores del grupo de  Manuel Espinosa del CIB-CSIC, que participaron en el estudio, la sustituyeron por otro aminoácido y comprobaron que impide la transferencia en placas de cultivo.

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La mutación de la histidina no mata a esa bacteria, sino que evita la transferencia de genes. ¿Cómo podría explotarse este mecanismo para combatir las infecciones? “No lo sé”,  dice  Coll ,  “pero ahora conocemos más detalles sobre una bacteria letal y esto puede allanar el camino para el desarrollo de moléculas que eviten la propagación de cepas resistentes”.

Coll  explica que las infecciones hospitalarias son las más difíciles de abordar.  “Estamos en una carrera que siempre perdemos porque cuando aparece un nuevo antibiótico, rápidamente surge y se propaga la resistencia”  , describe. El científico añade que la lista de antibióticos de uso hospitalario es “demasiado” corta. Además de la dificultad que implica el desarrollo de nuevos antibióticos,  Coll  también comenta otro obstáculo que impide el avance. “Hay poca inversión porque la industria farmacéutica tiene otras prioridades. Si bien esto es perfectamente válido, se deben aunar recursos de los sectores público y privado” .

Este trabajo ha contado con la colaboración del  grupo de Modesto Orozco,  también del IRB Barcelona, ​​que ha realizado los estudios teóricos para validar la reacción química entre el ADN plasmídico y la proteína vía histidina. La resolución estructural del complejo formado por la proteína y el ADN se ha conseguido utilizando datos obtenidos por difracción de rayos X en el sincrotrón europeo de Grenoble.

Artículo de referencia:

Radoslaw Pluta, D. Roeland Boer, Fabián Lorenzo-Díaz, Silvia Russi, Hansel Gómez, Cris Fernández-López, Rosa Pérez-Luque, Modesto Orozco, Manuel Espinosa and Miquel Coll

Base estructural de un nuevo mecanismo de corte/unión de histidina-ADN para la transferencia de genes y la propagación promiscua de la resistencia a los antibióticos

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PNAS (2017):  doi:  10.1073/pnas.1702971114

Sobre el IRB Barcelona

Creado en 2005 por la Generalitat de Catalunya y la Universidad de Barcelona, ​​el IRB Barcelona es un Centro de Excelencia Severo Ochoa, sello que le fue otorgado en 2011.  El instituto está dedicado a realizar investigación de excelencia en biomedicina y a transferir resultados a la práctica clínica, mejorando así la calidad de vida de las personas, al mismo tiempo que se promueve la formación de investigadores destacados, la transferencia de tecnología y la comunicación pública de la ciencia. Sus 25 laboratorios y siete instalaciones centrales abordan cuestiones básicas de biología y están orientados a enfermedades como el cáncer, la metástasis, el Alzheimer, la diabetes y enfermedades raras. El IRB Barcelona es un centro internacional que acoge a 400 empleados y 32 nacionalidades. Está ubicado en el Parque Científico de Barcelona. El IRB Barcelona forma parte del Instituto de Ciencia y Tecnología de Barcelona (BIST) y de la “Xarxa de Centres de Recerca de Catalunya” (CERCA).

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