Científicos japoneses, incluidos investigadores de la Universidad de Agricultura y Tecnología de Tokio (TUAT) y la Universidad Nacional de Yokohama, han identificado el mecanismo molecular que confiere a las secreciones cutáneas de una especie de rana propiedades antimicrobianas eficaces. Sus hallazgos fueron publicados el 20 de febrero 2019 en Materiales biológicos aplicados ACS .

los Bombina variegata rana, también conocido como sapo de vientre amarillo, habita bosques, pastizales humedales, y hábitat acuático en Europa Central. Sus secreciones cutáneas contienen agentes antimicrobianos, llamados Bombinin H2 y H4, que desempeñan un papel clave en la protección de la especie contra las infecciones.

La bombinina H2 y H4 son péptidos antimicrobianos (AMP), o péptidos de defensa del huésped, que desempeñan una función importante en la respuesta inmunitaria. Han llamado la atención por su capacidad para inhibir la leishmaniasis, una enfermedad tropical altamente infecciosa y potencialmente mortal que ha afectado a unos 20 millones de personas en todo el mundo, con 1,3 millones de casos nuevos y 20, 000 a 30, 000 muertes reportadas cada año.

H4 es un isómero de H2 (comparten la misma fórmula, pero los átomos de la molécula están dispuestos de manera diferente) y H4 tiene un D-aminoácido natural al final de la cadena molecular. En cuanto a sus propiedades antimicrobianas, H4 es más potente que H2, pero hasta ahora la razón sigue siendo un misterio biológico sin resolver.

"Los aminoácidos D y L son imágenes especulares entre sí, y la mayoría de los aminoácidos en la naturaleza tienen estructura L, "explica Ryuji Kawano, Profesor asociado del Departamento de Biotecnología y Ciencias de la Vida de la TUAT y coautor del estudio. "Algunas proteínas se modifican para tener D-aminoácidos. El papel de tener D-aminoácidos no se comprende completamente en el caso de la rana".

Con el fin de obtener una mejor comprensión del mecanismo molecular que impulsa la actividad antimicrobiana de los péptidos Bombinin H2 y H4 y qué hace que H4 sea más efectivo que H2 en este sentido, los autores llevaron a cabo experimentos electrofisiológicos en una membrana de bicapa lipídica que replicaba la membrana lipídica que rodeaba las células o los microorganismos. Luego, los resultados se analizaron utilizando modelos de AMP existentes para determinar qué tan eficientes son estos péptidos antimicrobianos para alterar la membrana celular de los microbios.

El equipo descubrió que los péptidos H2 y H4 inhiben la actividad microbiana al hacer agujeros en la membrana celular de los microorganismos que hacen que los iones se escapen de la célula. que finalmente los mata. La eficiencia de esta actividad antimicrobiana se ve afectada por la permeabilidad de los iones (qué tan rápido se escapan los iones de la célula), la velocidad de formación de los poros, y el tamaño de los poros formados.

Los resultados indican que la capacidad de los péptidos para transformarse en otra molécula con la misma composición atómica pero con átomos dispuestos de manera diferente facilita la formación de poros más rápida. Mientras que H2 forma poros más grandes que H4, H4 forma poros más rápidamente. Una mezcla de H2 / H4, mientras tanto, forma poros de tamaño mediano a un ritmo más lento que H4, pero la presencia del D-aminoácido mejora la afinidad de unión a la membrana lipídica, mejorando así sus habilidades disruptivas.

Piense en ello como un campo de trampas de pozo de diferentes tamaños; las trampas más grandes tardan más en excavarse, pero puede atrapar más animales que un pozo más pequeño. Por otra parte, se pueden cavar muchos pozos más pequeños al mismo tiempo que se cavan unos pocos grandes. Cavar trampas de pozo de tamaño mediano y agregar cebo o un señuelo que atraería a los animales al pozo, sería el enfoque más eficaz de todos.

Desentrañar el mecanismo molecular que facilita la actividad antimicrobiana de estos péptidos puede ayudarnos a comprender mejor cómo ha evolucionado el sistema de defensa de la rana. y cómo se puede utilizar para combatir infecciones microbianas de importancia médica. Según Kawano, el objetivo final es utilizar este mecanismo para desarrollar mejores agentes antimicrobianos, especialmente agentes antimicrobianos que son eficaces contra bacterias resistentes a los antibióticos.