Nuevas simulaciones de supercomputadoras han revelado el papel de las proteínas de transporte llamadas bombas de salida en la creación de resistencia a los medicamentos en las bacterias. investigación que podría conducir a mejorar la efectividad de los medicamentos contra enfermedades potencialmente mortales y restaurar la eficacia de los antibióticos desaparecidos.

"Al comprender cómo se mueve y se comporta dinámicamente la bomba, potencialmente podemos encontrar una manera de desactivar la bomba, y los antibióticos que no han funcionado en mucho tiempo pueden volver a ser útiles, "dijo el biofísico de Los Alamos Gnana Gnanakaran, quien colaboró ​​con colegas del Laboratorio y con los expertos en bombas de eflujo bacteriano Helen Zgurskaya en la Universidad de Oklahoma y Klaas Pos en la Universidad Goethe en Frankfurt, Alemania.

Algunas infecciones potencialmente mortales no responden a los antibióticos porque las bombas de salida dentro de un tipo particular de microbio infeccioso llamado bacterias Gram-negativas eliminan los antibióticos antes de que los medicamentos funcionen. Un tipo de bomba de eflujo, que hasta hace poco solo se había estudiado en partes, fue recientemente modelado en su totalidad y simulado usando supercomputadoras en el Laboratorio Nacional de Los Alamos. Los resultados, publicado el 28 de noviembre en Informes científicos , ofrecen una mejor comprensión de los movimientos y funciones de las bombas de eflujo. El trabajo aprovecha las amplias capacidades de simulación de supercomputación y modelado del Laboratorio desarrolladas en apoyo de su misión de seguridad nacional.

Para este estudio, los investigadores se centraron en las bombas de eflujo dentro de las bacterias Pseudomonas aeruginosa , que puede causar enfermedades graves como neumonía y sepsis. En P. aeruginosa , el tipo de bomba principal se llama MexAB-OprM y está compuesto por tres proteínas:MexA, MexB y OprM.

"Esto es realmente sistema realmente grande:aproximadamente un millón y medio de átomos, ", dijo el biólogo teórico del laboratorio César A. López. La bomba MexAB-OprM abarca las membranas internas y externas que se encuentran en las bacterias gramnegativas y conecta el interior de la célula y el periplasma (el compartimento entre ambas membranas) con el exterior de la célula. Esa conexión crea una camino para que las moléculas del fármaco salgan de la célula.

Las supercomputadoras del Laboratorio pudieron realizar las primeras simulaciones atomísticas de toda la bomba MexAB-OprM incrustada dentro de un sistema de doble membrana en una escala de tiempo de microsegundos.

Luego, los investigadores utilizaron las simulaciones para investigar la dinámica de la bomba ensamblada y comprender cómo la funcionalidad de la bomba surge de esta dinámica. Las interacciones de aminoácidos que estabilizan el complejo entre MexA y OprM también fueron validadas de forma cruzada de forma independiente utilizando una técnica computacional llamada análisis de covariación de secuencia por el biólogo teórico del laboratorio Timothy Travers. Según Travers, "Esta es la primera vez que se aplica una técnica basada en secuencias de este tipo para la validación cruzada de la interfaz de un complejo de proteínas construido mediante simulaciones y microscopía crioelectrónica".

La aplicación de estas técnicas computacionales a la multitud de bombas de salida que se encuentran en diferentes patógenos Gram-negativos debería permitir a los científicos dilucidar si los mecanismos generales se comparten entre diferentes bombas o son específicos de la bomba. Por ejemplo, quizás las interacciones de aminoácidos que estabilizan la estructura de la bomba podrían ser el objetivo de los esfuerzos de desarrollo de fármacos para bloquear el montaje o la función de la bomba, haciendo que los antibióticos actualmente desaparecidos sean efectivos una vez más.