Un pequeño antibiótico llamado plectasina utiliza un mecanismo innovador para matar bacterias. Al ensamblarse en estructuras grandes, la plectasina se adhiere a su objetivo en la superficie de la célula bacteriana, de forma similar a como ambos lados del velcro forman un enlace.
Un equipo de investigación, dirigido por el biólogo estructural Markus Weingarth y el bioquímico Eefjan Breukink de la Universidad de Utrecht, mapeó cómo se forma la estructura de velcro. Su descubrimiento, publicado en Nature Microbiology , revela un nuevo enfoque que podría tener amplias implicaciones para el desarrollo de antibióticos para combatir la resistencia a los antimicrobianos.
El equipo de investigación investigó el funcionamiento de la plectasina, un antibiótico derivado del hongo Pseudoplectania nigrella. El equipo empleó técnicas biofísicas avanzadas, incluida la RMN de estado sólido y, en colaboración con Wouter Roos de Groningen, microscopía de fuerza atómica.
Tradicionalmente, los antibióticos funcionan dirigiéndose a moléculas específicas dentro de las células bacterianas. Sin embargo, hasta ahora no se entendía completamente el mecanismo detrás de la acción de la plectasina. Estudios anteriores sugirieron un modelo convencional en el que la plectasina se une a una molécula llamada lípido II, crucial para la síntesis de la pared celular bacteriana, similar a una llave que encaja en una cerradura.
El nuevo estudio revela un proceso más complejo. Plectasin no actúa simplemente como la llave de una cerradura; en cambio, forma estructuras densas sobre las membranas bacterianas que contienen lípido II. Estos complejos supramoleculares atrapan su lípido II objetivo, impidiéndole escapar. Incluso si un lípido II se libera de la plectasina, permanece contenido dentro de la estructura de velcro, incapaz de escapar.
Weingarth compara esta estructura con el velcro, donde la plectasina forma ganchos microscópicos que se adhieren a los "bucles" bacterianos. En el velcro normal, si uno de los bucles se suelta de su gancho, todavía queda atrapado por toda la estructura. Lo mismo ocurre con las bacterias atrapadas en la superestructura de plectasina:pueden liberarse de la unión de la plectasina, pero permanecen atrapadas en la superestructura. Esto evita que las bacterias se escapen y causen más infecciones.
Además, los investigadores descubrieron que la presencia de iones de calcio mejora aún más la actividad antibacteriana de la plectasina. Estos iones se coordinan con regiones específicas de plectasina, provocando cambios estructurales que mejoran significativamente la eficacia antibacteriana. Ph.D. descubrió que los iones desempeñan un papel fundamental en la acción de la plectasina. los estudiantes Shehrazade Miranda Jekhmane y Maik Derks, coautores del estudio. Se dieron cuenta de que las muestras de plectasina tenían un color peculiar, que insinuaba la presencia de iones.
Markus Weingarth, autor principal del estudio, espera que este hallazgo pueda abrir nuevas vías para desarrollar antibióticos superiores.
"Presumiblemente, Plectasin no es el candidato antibiótico ideal debido a problemas de seguridad. Sin embargo, en nuestro estudio, demostramos que el 'mecanismo de velcro' parece ampliamente utilizado entre los antibióticos, que hasta ahora se ha ignorado. Por lo tanto, los futuros esfuerzos de diseño de fármacos no sólo necesitan "No nos centramos en cómo unirse a los objetivos, sino también en cómo los medicamentos pueden autoensamblarse de manera eficiente. De este modo, nuestro estudio cierra una importante brecha de conocimiento que podría tener amplias implicaciones para el diseño de mejores medicamentos para combatir la creciente amenaza de la resistencia a los antimicrobianos", afirma.
Más información: El péptido plectasina de defensa del huésped se dirige al lípido II, precursor de la pared celular bacteriana, mediante un mecanismo supramolecular sensible al calcio, Nature Microbiology (2024). DOI:10.1038/s41564-024-01696-9
Información de la revista: Microbiología de la naturaleza
Proporcionado por la Universidad de Utrecht
