Una bacteria oportunista incrementa su virulencia al ‘robarle’ zinc y hierro a su hospedante

Científicos de la Universidad de São Paulo, en Brasil, develaron la estrategia que emplea la Chromobacterium violaceum –presente en el agua y en el suelo de las regiones tropicales y subtropicales– para aumentar su capacidad de replicación e infección. Este descubrimiento puede suministrar pistas para el diseño de nuevos tratamientos

Por Luciana Constantino  |  Agência FAPESP – Científicos de la Universidad de São Paulo (USP), en Brasil, develaron la estrategia que aplica la bacteria Chromobacterium violaceum para robarle metales tales como el zinc y el hierro al organismo hospedante e incrementar de este modo su virulencia. Este descubrimiento puede suministrar pistas para la búsqueda de nuevos tratamientos.

El referido bacilo, hallado en el agua y en el suelo de las regiones tropicales y subtropicales, es considerado un patógeno oportunista, y puede causar abscesos en el hígado, en los pulmones y en la piel, aparte de sepsis graves en humanos y otros animales. Los principales síntomas que causa son fiebre, dolor abdominal, lesiones cutáneas y formación de abscesos metastásicos. La vía de transmisión más común comprende la exposición de heridas y lesiones a aguas y suelos contaminados.

En estudios realizados en la Facultad de Medicina de Ribeirão Preto (FMRP-USP), dados a conocer en tres artículos publicados entre 2019 y 2021, los científicos demostraron que esa bacteria subvierte la llamada “inmunidad nutricional”, compuesta por mecanismos que poseen las células para evitar que microorganismos invasores tengan acceso a sus metales.

En el trabajo más reciente, publicado en la revista de la American Society for Microbiology, el grupo demostró de qué manera un complejo de proteínas conocido como ZnuABC, que funciona como un sistema transportador de iones de zinc, es crítico para la virulencia de C. violaceum y contribuye con diversos procesos fisiológicos dependientes de ese metal. Esta investigación, realizada en colaboración con la Universidad Vanderbilt, en Tennessee (Estados Unidos), contó con el apoyo de la FAPESP a través de cuatro proyectos (18/01388-6, 20/00259-8, 17/03342-0 y 18/14737-9). 

“Los tres artículos cuentan una determinada historia, al mostrar el proceso de captación de metales de la bacteria en los hospedantes para lograr multiplicarse, y acerca de cómo esto se erige en factor de virulencia. El microorganismo subvierte la inmunidad nutricional del hospedante, y así logra acceder a los metales que son esenciales para cualquier organismo. Nuestro grupo ha sido pionero en la investigación de los factores de virulencia de esta bacteria”, explica el profesor José Freire da Silva Neto, del Departamento de Biología Celular y Molecular y Bioagentes Patogénicos de la FMRP-USP y coordinador de las investigaciones.

La comprensión de este proceso del cual se vale el bacilo es importante en la búsqueda de nuevos abordajes para el tratamiento de las infecciones bacterianas, como así también para la utilización de moléculas que puedan disminuir la virulencia del patógeno. Asimismo, el conocimiento sobre el “estilo de vida” de la Chromobacterium puede extrapolarse en alguna medida a otras bacterias, como la Pseudomonas, que causa infecciones oportunistas en pacientes hospitalizados.

“Es posible utilizar lo que hemos descubierto hasta ahora para buscar moléculas que actúen en esos sistemas con zinc y hierro y disminuyan la virulencia de la bacteria. Si esta no logra captar los metales eficientemente, tampoco será capaz de multiplicarse”, dice Da Silva Neto.

En estudios anteriores, ya se había demostrado que esa bacteria es resistente a varios antibióticos, y los tratamientos más exitosos en el control de las infecciones se concretaron con ciprofloxacina y meropenem.

Si bien son raras, estas infecciones se caracterizan por su rápida propagación y su alta mortalidad. Una compilación de datos registrados entre 1952 y 2009 apuntó 106 pacientes con infecciones caudadas por C. violaceum. En un trabajo publicado en 2017, del grupo de la FMRP-USP, una actualización sobre los relatos clínicos en artículos apuntó otros 150 casos.

El camino

Los investigadores demostraron de qué manera la bacteria se vale del sistema de captación de zinc (ZnuABC) para superar la limitación de ese metal en el hospedante mediante su introducción en ratones. 

La inhibición de ZnuABC disminuyó la virulencia de la bacteria en los animales. Asimismo, en un linaje mutante de ratones, con cambios en ZnuABC, se observó una menor virulencia y una baja capacidad de colonizar el hígado. Se demostró de este modo que la captación de zinc resulta esencial para la virulencia de la C. violaceum.

En un artículo publicado en octubre de 2020, también en la revista American Society for Microbiology, cuyo primero autor fue el alumno de doctorado Renato Santos, el grupo de la FMRP-USP ya había demostrado el papel del regulador de la captación de hierro (Fur) en la fisiología y en la virulencia de C. violaceum. 

El importante rol del hierro también se demostró en otro estudio del grupo, cuya primera autora fue la alumna Bianca Batista. En él se indicó de qué manera la bacteria se vale de distintos sideróforos endógenos (compuestos orgánicos que actúan en la captación del hierro y que el organismo elabora naturalmente) para captar el metal y establecerse en los hospedantes.

Puede leerse el artículo The zinc transporter ZnuABC is critical for the virulence of Chromobacterium violaceum and contributes to diverse zinc-dependent physiological processes, de los investigadores Renato E. R. S. Santos, Waldir P. da Silva Júnior, Simone Harrison, Eric P. Skaar, Walter J. Chazin y José Freire da Silva Neto,  en el siguiente enlace: journals.asm.org/doi/10.1128/IAI.00311-21.