Un proyecto de investigación conjunto con sede en la Universidad de Kumamoto, Japón ha desarrollado un nuevo Método analítico de alta sensibilidad que puede detectar agentes antibacterianos β-lactámicos degradados utilizados en el tratamiento de infecciones bacterianas. Con este método, Los investigadores encontraron que las especies reactivas de azufre producidas por bacterias degradan e inactivan los antibióticos β-lactámicos.

Las bacterias se diferencian de las células animales en que su capa exterior está cubierta por una estructura rígida llamada pared celular. Los agentes antimicrobianos β-lactámicos interfieren con los procesos que forman la pared celular. Esto da como resultado que las bacterias ya no puedan soportar su propia presión interna, por lo que se rompen y mueren. Los agentes antimicrobianos β-lactámicos son muy potentes porque inhiben selectivamente la síntesis de la pared celular bacteriana y tienen pocos efectos secundarios en huéspedes como los seres humanos. Estos agentes antimicrobianos tienen una estructura común denominada anillo β-lactámico que es esencial para inhibir el desarrollo de la pared celular. Si este anillo se degrada, el efecto antimicrobiano desaparece.

Estudios anteriores han informado que el sulfuro de hidrógeno (H2S), que producen las bacterias durante el metabolismo del azufre, reduce su susceptibilidad a los agentes antimicrobianos que conducen a la resistencia. Sin embargo, el mecanismo detallado que causa esto aún no se comprende. Investigadores de la Universidad de Kumamoto demostraron previamente que la molécula de persulfuro de cisteína, una combinación de H2S y el aminoácido cisteína, tiene un efecto antioxidante extremadamente potente que no se encuentra en el H2S ni en la cisteína sola.

En este estudio, Los investigadores examinaron cómo esta especie reactiva de azufre está involucrada en la adquisición de resistencia a los antibióticos β-lactámicos. Descubrieron que los antibióticos β-lactámicos como la penicilina G, ampicilina, y meropenem (antibióticos carbapenémicos) pierden rápidamente actividad bactericida cuando se exponen al persulfuro de cisteína pero no al sulfuro de hidrógeno. Un estudio detallado de la reacción entre los agentes antimicrobianos β-lactámicos y el persulfuro de cisteína reveló que el anillo β-lactámico, que es esencial para la acción bactericida, se descompone y un átomo de azufre se inserta en parte del anillo creando ácido carbotioico. La producción de ácido carbotioico a partir de un agente antimicrobiano β-lactámico parece ser un nuevo metabolito de degradación.

Por lo tanto, los investigadores desarrollaron un método analítico altamente sensible para detectar y cuantificar el ácido carbotioico mediante espectrometría de masas. y luego analizó la producción de ácido carbotioico a partir de bacterias que fueron expuestas a antimicrobianos β-lactámicos. Descubrieron que las bacterias pueden absorber agentes antimicrobianos y utilizar persulfuro de cisteína para degradar los agentes en ácido carbotioico que luego se descarga. Se cree que esto es un mecanismo de inactivación y degradación no descrito previamente de agentes antimicrobianos β-lactámicos en ácido carbotioico mediante persulfuro de cisteína.

"Nuestro método analítico recientemente desarrollado permite cuantificar la cantidad de ácido carbotioico descargado de bacterias con alta sensibilidad, "dijo el profesor Tomohiro Sawa, quien dirigió el estudio. "Creemos que será posible detectar compuestos que inhiban la síntesis bacteriana de persulfuro de cisteína mediante el uso de ácido carbotioico como biomarcador. Se espera que dicho inhibidor de la síntesis de persulfuro de cisteína en combinación con antibióticos β-lactámicos inhiba la degradación de los antibióticos y dé como resultado tratamientos exitosos con una concentración más baja de antibióticos β-lactámicos. Esto también debería ayudar a reducir la aparición de nuevas bacterias resistentes ".

Esta investigación se publicó en línea en Biología química ACS el 30 de marzo de 2021.