En los momentos previos al asalto por un corto, péptido peculiar, las bacterias están creciendo felizmente, su ADN moviéndose alrededor de la célula en los movimientos semi-aleatorios característicos de la vida.

Segundos más tarde, el temblor se detiene. La vida se detiene.

Unos 100 millones de péptidos, pequeños trozos de aminoácidos, las unidades básicas de proteínas, con el nombre de LL-37, han invadido la célula, dónde, con fuertes cargas eléctricas, se han atado con fuerza a la maquinaria que impulsa la celda, inmovilizándolo y matándolo.

"El ADN parece congelarse en segundos, "dice James Weisshaar, profesor de química en la Universidad de Wisconsin-Madison. "Ese es el evento extraño que nos puso en marcha".

Un nuevo trabajo del laboratorio de Weisshaar sugiere un mecanismo previamente desconocido detrás de la función de LL-37 y péptidos similares, que se están probando en ensayos clínicos en etapa inicial para el tratamiento de infecciones resistentes a los antibióticos clásicos. Una mejor comprensión de cómo funcionan los péptidos antimicrobianos podría ayudar a los investigadores a convertirlos en terapias.

Usando técnicas microscópicas avanzadas, Weisshaar y sus estudiantes de posgrado Yanyu Zhu y Soni Mohapatra han documentado el poder de detención de LL-37, un péptido antimicrobiano elaborado por el sistema inmunológico humano como defensa de primera línea contra patógenos. LL-37 pertenece a una clase de péptidos antiguos que luchan contra las bacterias de una manera diferente a la mayoría de los otros antibióticos. uno que sea difícil de resistir para las bacterias. Pero el mecanismo detrás de la acción de LL-37 y sus parientes ha sido difícil de precisar.

Escribiendo en el procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias en Enero, El grupo de Weisshaar revela que una vez que LL-37 ingresa a una célula bacteriana, Afecta rápidamente la libertad de movimiento necesaria para que el ADN y las proteínas funcionen. Los investigadores especulan que la gran carga eléctrica positiva de LL-37 lo ayuda a unirse a las moléculas cargadas negativamente abrumadoramente dentro de la célula. haciendo que el daño sea permanente.

La mayoría de los antibióticos son sustancias químicas de moléculas pequeñas que actúan interfiriendo con una sola proteína, que interrumpe el metabolismo del patógeno. Pero LL-37 y los antimicrobianos relacionados son diferentes. Están hechos de aminoácidos y son mucho más grandes que otros antibióticos. Y investigaciones anteriores han sugerido que atacan la integridad de toda la célula, en parte perforando agujeros en la membrana celular, eviscerar eficazmente los patógenos.

Recientemente, El equipo de Weisshaar estaba estudiando los efectos de LL-37 en las células utilizando una técnica ganadora del Premio Nobel conocida como microscopía de superresolución. que puede rastrear moléculas individuales en una célula. Notaron que la proteína no solo hacía que el contenido de la célula se filtrara, pero también detuvo el movimiento normalmente ocupado de las moléculas dentro de la célula.

Los investigadores rastrearon el movimiento del ADN y los ribosomas de las células, máquinas moleculares que traducen las instrucciones del ADN en las proteínas que hacen funcionar la célula. Ambos se congelaron momentos después de que LL-37 ingresara a la celda. Engomado por LL-37, las bacterias parecían células fijadas con formaldehído, un químico congelante celular potente y permanente.

Las pistas sobre el poder de frenado de LL-37 provienen de las cargas eléctricas transportadas por la mayoría de las moléculas celulares. ADN los ribosomas y muchas proteínas tienen grandes cargas negativas.

"Todas estas proteínas negativas y el ADN pueden deslizarse entre sí, y cuando se acercan demasiado se repelen y siguen adelante, "dice Weisshaar. Es una especie de lubricación de carga eléctrica.

A diferencia de, LL-37 es muy positivo. Weisshaar y su equipo creen que estas cargas opuestas se atraen poderosamente entre sí dentro de la celda. Con aproximadamente 100 millones de copias de LL-37 en cada celda, es como lanzar millones de llaves inglesas a la maquinaria de la vida. Todo se detiene.

Avanzando Weisshaar planea probar esta idea de carga eléctrica cambiando la carga en LL-37. Su grupo también verá si otros péptidos antimicrobianos, que se encuentran al otro lado del árbol de la vida, De manera similar, congela las células en sus pistas. Ese conocimiento podría ayudar a los científicos en su búsqueda de alternativas a los antibióticos clásicos a medida que los patógenos desarrollen resistencia a ellos.

"Aprendamos cómo la naturaleza hace esto, y tal vez eso ayude a informar cómo diseñar algo útil en el hospital, "dice Weisshaar.