El descubrimiento de cómo las moléculas similares a las hormonas activan la producción de antibióticos en las bacterias del suelo podría desbloquear las oportunidades sin explotar para el descubrimiento de potenciales medicamentos que están bajo nuestros pies.
Un equipo internacional de científicos que trabaja en la Universidad de Warwick, Reino Unido, y la Universidad de Monash, Australia, ha determinado la base molecular de un mecanismo biológico que podría permitir una producción más eficiente y rentable de los antibióticos existentes, y también facilitar a los científicos el descubrimiento de nuevos antibióticos en bacterias del suelo. El estudio se detalla hoy en la revista Nature.
La mayoría de los antibióticos utilizados clínicamente son moléculas producidas por microorganismos como las bacterias. La mayoría de ellas son bacterias del suelo llamadas actinobacterias, que se cultivan en el laboratorio para permitir la extracción de las moléculas que producen. Sin embargo, la producción de estas moléculas se interrumpe con frecuencia en los cultivos de laboratorio, lo que dificulta su localización.
Las bacterias controlan estrictamente la producción de sus antibióticos utilizando pequeñas moléculas similares a las hormonas. El equipo de Warwick y Monash investigó una clase específica de estas hormonas bacterianas que habían descubierto previamente, denominadas ácidos 2-aquil-4-hidroximetilfuran-3-carboxílicos o AHFCA, para averiguar qué papel desempeñaban en el control de la producción de un antibiótico en Actinobacterium Streptomyces coelicolor.
Gracias a este estudio en bacterias del suelo, los científicos pueden activar el desarrollo de nuevos antibióticos que no se producen en cultivos de laboratorio
Mediante cristalografía de rayos X y técnicas de microscopía crioelectrónica de partículas individuales, analizaron la estructura de una proteína, conocida como factor de transcripción, unida a una región particular del ADN de la bacteria. Esto evita que la bacteria produzca el antibiótico. Luego determinaron la estructura del factor de transcripción con una versión sintetizada de una de las hormonas AHFCA unidas a él, que mostró cómo se libera el ADN y se activa la producción de antibióticos.
El autor principal conjunto, el Dr. Chris Corre, profesor asociado de biología sintética en los departamentos de ciencias biológicas y química de la Universidad de Warwick, comenta que «la resistencia a los antibióticos se está convirtiendo en un problema importante y necesitamos con urgencia nuevos antibióticos para abordarla. Ya sabemos que procesos similares controlan la producción de una gran cantidad de moléculas comercialmente importantes. Si entendemos los mecanismos que controlan la producción de estos compuestos, podemos mejorar el proceso, para hacerlo más viable económicamente”.
«Resultó que aunque sólo estábamos observando una clase particular de hormonas, el mecanismo que encontramos parece estar conservado en todas las diferentes clases de hormonas en las actinobacterias«, insiste Corre.
Las actinobacterias son más complicadas que las bacterias convencionales. Por lo general, no son móviles como otras formas de bacterias y tienen un ciclo de desarrollo complejo en el que se integra la producción de antibióticos. Sin embargo, cuando crecen en cultivo puro, estas bacterias a menudo desconectan la producción de antibióticos, lo que confunde los esfuerzos de los científicos por estudiarlas. Al comprender el mecanismo molecular de cómo se controla este proceso, los científicos pueden activar el desarrollo de nuevos antibióticos que no se producen en cultivos de laboratorio.
Lucha contra las bacterias resistentes a antibióticos
El Dr. Corre afirma que «podemos usar estas estrategias para activar la producción de nuevos antibióticos en actinobacterias. Entre ellos, esperamos encontrar algunos que puedan ser útiles para combatir infecciones causadas por microbios resistentes, así como otras enfermedades. Estos compuestos serían difíciles de encontrar mediante procesos tradicionales«.
La clave del descubrimiento fue determinar la estructura del complejo del factor de transcripción unido al ADN, que requirió el uso de instalaciones de microscopía crioelectrónica de partículas individuales en la Universidad de Monash para superar los desafíos de la cristalografía de rayos X.
El profesor Greg Challis, quien codirigió el estudio y tiene un nombramiento conjunto en el Departamento de Química de la Universidad de Warwick y la Universidad de Monash, asegura que «sólo se ha determinado un número modesto de estructuras de este tipo de complejo proteína-ADN utilizando cristalografía de rayos X en las últimas décadas debido al desafío de obtener cristales adecuados. Mediante el uso de microscopía crioelectrónica hemos superado este desafío, lo que debería facilitar la determinación de las estructuras de complejos similares en el futuro. No habría sido posible iluminar la base molecular para el control de la producción de antibióticos por estas hormonas sin la experiencia combinada de los compañeros de Warwick y Monash«.
Fuente: Nature.
