Israel:
Una enzima producida mediante diseño informático, en combinación con el antibiótico tobramicina, mata eficazmente a pseudomonas aeruginosa, un patógeno que a menudo infecta los pulmones de pacientes con fibrosis quística (FQ), según muestra un estudio.
Actúa para neutralizar un metabolito llamado piocianina, requerido por pseudomonas aeruginosa para adherirse a las superficies y formar biopelículas.
Los resultados del estudio, » la piocianina desmetilasa diseñada computacionalmente actúa sinérgicamente con la tobramicina para matar las biopelículas recalcitrantes de pseudomonas aeruginosa», se publicaron en la revista PNAS.
Se sabe que pseudomonas aeruginosa forma biopelículas cuando estas bacterias se agrupan y se adhieren a una superficie. Una forma de hacerlo es generando piocianina, una molécula que promueve las interacciones de célula a célula para mejorar la viabilidad de las bacterias dentro de la biopelícula y protegerlas mejor de los antibióticos. Como están en estrecho contacto entre sí, estas bacterias también pueden intercambiar genes que contribuyen a la resistencia a los antibióticos.
Un equipo dirigido por Dianne Newman, PhD, profesora de biología en el Instituto de Tecnología de California, había descubierto previamente una enzima llamada PodA que podría degradar la piocianina y prevenir la formación de biopelículas. Sin embargo, esta enzima solo podía producirse en pequeñas cantidades y carecía de estabilidad.
En colaboración con Sarel Fleishman, PhD, profesora asistente en el Instituto de Ciencias Weizmann en Israel, que se especializa en diseño de proteínas computacionales, el equipo se propuso aumentar la estabilidad y producción de PodA, probarlo bajo ciertas condiciones fisiológicas y para averigüe si podría mejorar la eficacia de la tobramicina, un antibiótico que se usa a menudo para tratar las infecciones crónicas por pseudomonas aeruginosa.
Debido a la estructura única de PodA, los investigadores primero tuvieron que entender cómo mejorar su estabilidad. PodA es un trímero, lo que significa que consta de tres unidades idénticas agrupadas, «como barriles atados entre sí», dijo Fleishman en un comunicado de prensa.
Al analizar la estructura atómica de la enzima, identificaron áreas de contacto entre las unidades que podrían ajustarse. Luego, utilizando un programa de software llamado AffiLib, pudieron predecir las mutaciones que cambiarían mejor su estructura, mejorando su estabilidad.
De las 10 enzimas diseñadas, ocho se produjeron en cantidades superiores a la media, lo que demuestra que mejorar el envasado de estos «barriles» también podría aumentar el rendimiento. Una de estas enzimas, PodA10, pareció ser particularmente estable y fue seleccionada para estudios adicionales.
En un siguiente conjunto de experimentos, los investigadores confirmaron que PodA10 podría funcionar en condiciones de similitud fisiológica con las que se encuentran en los pulmones de los pacientes con fibrosis quística.
Luego se probó PodA10, junto con tobramicina, en biopelículas artificiales que simulan el tipo de biopelículas que se producen en las infecciones crónicas humanas. Después del tratamiento, se agregó un marcador de muerte celular llamado yoduro de propidio. Los resultados mostraron que las bacterias tratadas con tobramicina y PodA10 tenían una tinción más alta de yoduro de propidio que las que tenían PodA10 o tobramicina sola, lo que sugiere una mayor actividad bacteriana destructora.
La piocianina, la molécula protectora, es producida por pseudomonas aeruginosa cuando hay falta de oxígeno, especialmente en las capas internas de las biopelículas. Curiosamente, su presencia es tóxica en las capas externas de las biopelículas donde hay oxígeno.
El equipo descubrió que agregar PodA10 solo puede eliminar la piocianina de los lugares donde hay oxígeno, lo que resulta en una mayor actividad metabólica bacteriana. Estudios anteriores han demostrado que un aumento de la actividad metabólica puede hacer que pseudomonas aeruginosa sea más susceptible a la tobramicina. Asimismo, en presencia de oxígeno, se observó que PodA sensibilizaba a pseudomonas aeruginosa al tratamiento con tobramicina.
«Nuestros resultados que muestran una mejora de la destrucción sinérgica por un PodA diseñado y tobramicina proporcionan una mayor motivación y los medios para explorar el potencial de PodA para ser utilizado como un tratamiento biológico para el tratamiento de infecciones crónicas por pseudomonas aeruginosa», escribieron los investigadores.
«Los experimentos futuros incluirán el estudio de los efectos de PodA10 y tobramicina en modelos animales para determinar los resultados del tratamiento».
Vanda Pinto
