Develan el mecanismo que vuelve a las bacterias más resistentes a los antibióticos

El proceso, que hace que los microorganismos pasen de su forma libre y nadadora hacia la forma de biopelícula bacteriana, se describió a nivel molecular

Por José Tadeu Arantes  |  Agência FAPESP – La formación de una biopelícula bacteriana constituye uno de los mayores problemas cuando surgen las infecciones. Y esto ocurre cuando, en respuesta a una condición ambiental adversa (exceso de temperatura, falta de nutrientes, alteración del pH, presencia de antibióticos, etc.), las bacterias alteran radicalmente su modo de vida: dejan de comportarse como seres unicelulares y que nadan libremente en el medio y forman una gran colonia, con ejemplares que se adhieren a una superficie, se unen unos a otros y generan una matriz extracelular protectora, compuesta fundamentalmente por azúcares.

Esta biopelícula, que tiende a crecer, es extremadamente resistente a los antibióticos, aumenta la toxicidad de los patógenos y lleva a la infección a un estadio crónico. Por este motivo, la comprensión del mecanismo que hace que las bacterias transiten del modo libre y de nado al modo de biopelícula constituye un tema actualísimo de la microbiología. Una gran cantidad de investigaciones se han orientado hacia este tema en el transcurso de la última década.

Y un estudio realizado en el marco de una colaboración internacional de expertos, bajo la coordinación del brasileño Marcos Vicente de Albuquerque Salles Navarro, acaba de concretar un importante aporte al esclarecimiento de este mecanismo. Un artículo de los científicos participantes referente al mismo salió publicado en PNAS (Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America), y lleva el título de “Mechanistic insights into c-di-GMP– dependent control of the biofilm regulator FleQ from Pseudomonas aeruginosa”.

Navarro es docente del Departamento de Física y Ciencia Interdisciplinaria del Instituto de Física de São Carlos, dependiente de la Universidad de São Paulo. Y contó con la ayuda de la FAPESP, en la modalidad de Apoyo a Jóvenes Investigadores, con la investigación intitulada “Estudios estructurales y funcionales de proteínas implicadas en vías de señalización celular mediadas por c-di-GMP”.

En muchos patógenos –y éste es el caso de la bacteria Pseudomonas aeruginosa, que constituye el enfoque de este estudio– el proceso de transición de la forma libre y de nado a la forma de biopelícula es orquestado por el nucleótido c-di-GMP, diguanilato monofosfato cíclico, formado en el interior de las bacterias a partir de algún estímulo externo. El c-di-GMP es la molécula de señalización que participa en diversos procesos fisiológicos, entre ellos el control de la expresión génica en la transición entre estilos de vida.

“Las fluctuaciones en los niveles intracelulares de c-di-GMP hacen que las bacterias desconecten los genes responsables de la producción del flagelo [la estructura proteica en forma de cola que les permite a estos seres unicelulares nadar en el medio líquido] y conecten los genes responsables de la producción de la matriz extracelular de polisacáridos [que envuelve y protege a la colonia bacteriana]”, declaró Navarro a Agência FAPESP.

La comunidad especializada ya conocía este proceso y lo había reportado en la literatura. La novedad que aporta este estudio consiste en dilucidar el papel de una proteína específica, llamada FleQ, en el mecanismo de funcionamiento del c-di-GMP. “La FleQ es una proteína clave en la transición entre ambas formas de vida bacteriana. Es receptora del c-di-GMP. Y al interactuar con éste, inhibe la expresión de la biosíntesis flagelar y promueve la expresión de la biosíntesis polisacárida. Lo que hicimos entonces fue describir con exactitud cómo sucede eso”, afirmó el investigador.

A la FleQ se la denomina “factor de transcripción”, debido a que es una molécula auxiliar en el proceso de transcripción del ADN en el ARN mensajero. Estos factores de transcripción se unen a zonas específicas del ADN y, una vez conectados, orientan toda la maquinaria encargada de la transcripción hacia aquel punto específico. Allí, la maquinaria lee los genes del ADN que se transcribirán en el ARN y se traducirán posteriormente en proteínas.

“En condiciones de bajas concentraciones de c-di-GMP, la FleQ aparece como una proteína hexamérica. En otras palabras, los miles de átomos que la componen interactúan unos con otros formando un ordenamiento hexagonal o hexámero. Esta estructura compleja se conecta con dos regiones específicas del ADN, promueve la transcripción de los genes responsables de la formación del flagelo e inhibe la transcripción de los genes responsables de la formación de la matriz polisacárida. Así es como suscitan en las bacterias el modo de vida libre y nadador”, detalló Navarro.

“Con todo, cuando interactúa con el c-di-GMP, la FleQ modifica completamente su forma espacial: pasa de ser un hexámero a formar un dúo de trímeros. En esta nueva conformación, se vuelve incapaz de activar la transcripción de los genes del flagelo y pasa a activar la transcripción de los genes de la matriz polisacárida. Demostramos rigurosamente este proceso a nivel molecular”, prosiguió.

Para descubrir todo esto, los investigadores se valieron de diversos métodos físicos –tales como la cristalografía de rayos X– que les permitieron determinar la estructura espacial de la molécula de la proteína FleQ y la enorme alteración que sufre esta estructura en presencia del c-di-GMP. Asimismo, produjeron mutantes de la molécula para investigar de qué manera influían alteraciones puntuales en la actividad de la proteína. “Hicimos un estudio completo in vitro. Y complementamos ese estudio con una investigación funcional in vivo, observando de qué modo actuaban esas variantes de la proteína en la bacteria”, resumió Navarro.

El investigador caracteriza a su estudio como ciencia básica. Pero su horizonte de aplicación es evidente. La comprensión del mecanismo de actuación del c-di-GMP es un tema emergente en microbiología, debido a la búsqueda de nuevos medios de combate contra los procesos infecciosos, nuevos antibióticos, nuevos adyuvantes, especialmente en el marco actual de altísima propagación de cepas bacterianas multirresistentes. Está comprobado que, al interferir en las vías de señalización que promueven la formación de la biopelícula, es posible que las bacterias se vuelvan mucho más susceptibles. Y se está produciendo un nuevo boom de investigaciones en esta área.