¿Cómo sobrevive una amplia variedad de bacterias, tanto patógenas como comensales, a los antimicrobianos liberados por el sistema inmunitario innato de los mamíferos?

La respuesta para uno de los antimicrobianos:hipotiocianito/ácido hipotiocianoso u OSCN ^– y HOSCN, ha sido informado por Michael Gray, Ph.D., y sus colegas a través del descubrimiento de un papel novedoso para una enzima en E. coli. Esta actividad previamente desconocida también es exhibida por enzimas homólogas que se encuentran en las bacterias Streptococcus y Staphylococcus patógenas y en varios microbios intestinales comensales.

"Durante la inflamación, el sistema inmunológico humano libera una variedad de antimicrobianos reactivos y dañinos destinados a combatir los patógenos invasores", dijo Gray, profesor asistente en el Departamento de Microbiología de la Universidad de Alabama en Birmingham. "Comprender cómo las bacterias pueden evadir estos poderosos oxidantes, incluidos los ácidos hipohalosos como HOSCN, es crucial para la salud humana.

"Al identificar la función de la enzima RclA en el organismo modelo E. coli, que en particular es capaz de competir con los organismos comensales y prosperar en un intestino inflamado, hemos sentado las bases para comprender la supervivencia bacteriana y la relación con el sistema inmunitario humano. en formas que antes no se entendían", dijo Gray.

"E. coli prospera especialmente en el entorno crónicamente inflamado que se encuentra en pacientes con enfermedad inflamatoria intestinal, y es capaz de competir y superar a otros organismos comensales importantes, lo que sugiere que HOSCN puede ser un antimicrobiano relevante en el intestino, que no se había probado anteriormente. explorado", dijo.

Se sabe que HOSCN es abundante en la saliva y las secreciones de las vías respiratorias como un antimicrobiano altamente específico que es casi inofensivo para las células de los mamíferos. Sin embargo, algunos microbios, incluidos los patógenos, pueden escapar del daño de HOSCN durante la inflamación, lo que permite un crecimiento continuo e incluso una enfermedad grave.

Reporte en la revista Proceedings of the National Academy of Sciences , investigadores dirigidos por Gray y Frederick Stull, profesor asistente de química en la Universidad de Western Michigan, Kalamazoo, explican que la flavoproteína RclA de E. coli reduce HOSCN a tiocianato inofensivo con una eficiencia catalítica casi perfecta, y esta actividad extremadamente rápida protege fuertemente a E. coli contra la toxicidad de HOSCN. Por lo tanto, HOSCN parece ser el sustrato fisiológicamente relevante para RclA, dice Gray, en lugar de su capacidad descrita anteriormente para resistir modestamente el cloro reactivo.

Los investigadores también probaron las oxidorreductasas homólogas dependientes de flavina que se encuentran en Streptococcus pneumonia, Staphylococcus aureus y en Bacteroides thetaiotaomicron. S. pneumoniae y S. aureus son patógenos conocidos por colonizar tejidos durante la inflamación crónica, especialmente en los pulmones, donde deberían entrar en contacto con altas concentraciones de HOSCN. B. thetaiotaomicron es un importante comensal intestinal humano.

Sus tres oxidorreductasas dependientes de flavina, que muestran una identidad de secuencia de aminoácidos del 47 al 49 por ciento con E. coli RclA, se clonaron en E. coli, donde todas mostraron una potente actividad contra HOSCN. Los sitios activos de RclA y los tres homólogos muestran una estrecha identidad de secuencia de aminoácidos.

HOSCN actúa oxidando rápidamente los aminoácidos que contienen azufre en las proteínas bacterianas, especialmente la cisteína. Las oxidorreductasas como RclA contienen dos residuos de cisteína en su sitio activo. Estas dos cisteínas presumiblemente son importantes para la función de la enzima, pero son un objetivo más probable para HOSCN. Los investigadores demostraron que cada cisteína del sitio activo en RclA era necesaria para la función de RclA, y que actúan juntas para reducir rápidamente HOSCN, usando NAD(P)H.

"Quizás nuestro hallazgo más emocionante es que los homólogos de RclA, incluso de las especies comensales intestinales B. thetaiotaomicron y Limosilactobacillus reuteri y de especies implicadas en enfermedades pulmonares graves, protegen contra el daño por HOSCN en el mismo grado que E. coli RclA", dijo Gray. "Esto indica que una amplia gama de bacterias, tanto comensales como patógenas, pueden poseer defensas específicas contra el estrés por HOSCN. Aprender más sobre el alcance de la protección proporcionada por esta enzima a las especies patógenas nos permitirá conocer mejor una amplia gama potencial de enfermedades, incluyendo fibrosis quística, enfermedad inflamatoria intestinal y enfermedades bucales".

"Si bien aún no hemos abordado directamente el efecto de esta enzima en la colonización del huésped in vivo, hemos sentado una base importante para futuros estudios con los datos que hemos recopilado aquí", dijo Gray. + Explora más

Funcionalidad variada de una enzima que descompone los lípidos