Científicos han identificado una proteína que es esencial para la supervivencia de la bacteria 'E. coli', por lo que la consideran un nuevo objetivo potencial para los antibióticos. En el estudio, los investigadores confirmaron que esta proteína, llamada MurJ, lleva una molécula grasa de un lado de una membrana de la célula bacteriana a otro, de forma que si esa molécula no cambia, la célula no puede construir una capa crítica que mantiene el contenido a presión en la célula y ésta estalla.
'E. coli' es parte de la familia de bacterias gram-negativas, que se caracterizan por tener una membrana adicional, llamada membrana externa, que reduce las posibilidades de un fármaco de penetrar en la célula para matarla. La inhibición de MurJ supondría que consigue sólo traspasar una de las dos membranas, lo que significa que podría ser una nueva diana atractiva para los antibióticos en esta era de patógenos resistentes.
'Tenemos la prueba de principio de que MurJ es en realidad un objetivo válido porque demostramos que si evitamos que funcione, las células morirán en diez minutos, es decir, muy rápidamente', explica Natividad Ruiz, profesora asistente de Microbiología en la Universidad Estatal de Ohio y coautora principal del estudio.
'Si se quiere desarrollar un antibiótico, es importante conocer la función de una proteína. Definir la actividad asociada con MurJ es un gran paso adelante hacia la posibilidad de diseñar antibióticos que podrían apuntar contra ella', añade esta experta, quien codirigió el estudio con Thomas Bernhardt, profesor asociado de Microbiología e Inmunología en la Escuela de Medicina de Harvard.
Este trabajo se centró en tratar de detener la construcción de una capa de células bacterianas llamada peptidoglicano, una estructura en forma de malla que, en las bacterias gram-negativas como 'E. coli', descansa entre las membranas celulares internas y externas. Sin esta capa, las células de 'E. coli' no pueden sobrevivir.
Los científicos han sabido durante mucho tiempo la mayoría de los pasos que hay detrás de la creación de esta capa, que se compone de azúcares y aminoácidos reticulados entre sí. Pero ha sido difícil entender un detalle: que la proteína podría conseguir un lípido específico necesario para la construcción de la capa de peptidoglicano para cambiar su ubicación desde el interior de la membrana interna a la parte exterior de esa membrana, donde se está produciendo la construcción del peptidoglicano.
Los lípidos contienen grasa y otras sustancias y sirven como parte de la infraestructura de una membrana celular. La misteriosa proteína ha sido señalada como una flipasa por su función de cambiar los lípidos. Hace unos 25 años, otros grupos de científicos propusieron que dos posibles proteínas cumplen este rol. Se sabía que las proteínas contribuyen a la construcción de los peptidoglicanos, pero nunca se demostró su función específica.
Mientras estudiaba las membranas celulares como investigadora postdoctoral, Ruiz se centró en el potencial de la proteína MurJ para servir como flipasa en 'E. coli'. Ruiz y sus colegas demostraron previamente que MurJ tiene varias características que apuntan a esta posibilidad: un modelo de estructura que muestra la cavidad característica de una flipasa; la eliminación de la proteína mostró que las células no formarían la capa de peptidoglicano; y demostró estar relacionada con otras proteínas flipasas.
En este nuevo trabajo, publicado en la edición de este jueves de 'Science', los laboratorios dirigidos por Ruiz y Bernhardt se unieron para adoptar las medidas adicionales necesarias para confirmar la función de MurJ. Un paso que era importante fue poder detener el trabajo de MurJ en las células y ver los efectos inmediatos de su inhibición.
Con este tipo de investigación, los científicos disminuyen los niveles de la proteína mediante la supresión de la activación de los genes que producen la proteína, algo que lleva tiempo y que no necesariamente elimina por completo la presencia de la proteína. En su lugar, el laboratorio de Ruiz utilizó un producto químico sintético que se une a zonas activas en MurJ en las células de manera que detuvo de inmediato el funcionamiento de la proteína.
'La idea es la de inhibir la proteína y luego analizarla y ver si se ha detenido su trabajo --relata Ruiz--. Es el equivalente a usar un antibiótico que mataría a la proteína, al no permitir que funcione cuando se une'. Posteriormente, el laboratorio de Bernhardt desarrolló una forma de probar aún más los efectos de la inhibición de MurJ con una toxina que liberan algunas células que se sabe que 'come' el lípido modificado poco después de que aparezca en la parte exterior de su membrana interna, deteniendo efectivamente la construcción del peptidoglicano.
En las células normales, se pudo detectar muy poco del lípido objetivo cuando se insertó la toxina en las células, es decir, el lípido está siendo modificado y consumido inmediatamente por la toxina. Pero cuando se inhibió MurJ en las células y se añadió la toxina, los científicos detectaron una acumulación de lípidos que la toxina no podía comer, lo que significa que el lípido nunca consiguió cambiar porque la actividad de MurJ había desaparecido.