Por primera vez, investigadores de la Universidad de Newcastle y el Consejo de Instalaciones de Ciencia y Tecnología han producido un modelo de trabajo que da acceso a información sin precedentes sobre la bacteria que es notoriamente difícil de estudiar debido a su tamaño y exterior complejo.
Los resultados, publicados en la revista de química líder Edición internacional Angewandte Chemie , aparecen como un 'Destacado de investigación' en Biología química de la naturaleza . 20 de octubre de 2015. El trabajo fue financiado por The Wellcome Trust.
Es bien sabido que todos los tipos de bacterias que causan enfermedades se están volviendo resistentes a los antibióticos, pero los gramnegativos unicelulares, el grupo de bacterias que E. coli pertenece a, son de especial preocupación porque tienen una pared adicional alrededor de sus células que puede protegerlos físicamente de nuestros tratamientos. Las cifras de 2013 tomadas del sitio web del NHS muestran una de cada cinco infecciones involucradas E. coli ahora es resistente a un antibiótico de uso común ciproflaxina.
Jeremy Lakey, profesor de bioquímica estructural en la Universidad de Newcastle que dirigió el estudio explica: "Nuestro modelo de la membrana externa bacteriana se puede usar como un simulador para probar cómo se pueden hacer moléculas de antibióticos para cruzar esta barrera crítica".
"Un modelo estable es muy importante porque la estructura detallada de este muro aún no está clara, en gran parte porque las bacterias son muy pequeñas y tienen una envoltura protectora de solo 20 nanómetros de espesor. Este modelo nos brinda un acceso sin precedentes a la estructura y la dinámicade la membrana "
Las bacterias gramnegativas son organismos altamente exitosos. En términos evolutivos, se cree que descendieron de un ancestro común de las cianobacterias, que surgió hace 3.600 millones de años. Las bacterias E. coli viven en el tracto digestivo de personas y animales y la mayoríason inofensivos. Sin embargo, algunos gramnegativos causan enfermedades como la meningitis, la peste, la enfermedad del legionario, el cólera y la intoxicación alimentaria. La comprensión de las membranas externas de las bacterias gramnegativas es importante para el desarrollo de antibióticos. Sin embargo, su estructura y dinámica son poco conocidas debido asu tamaño pequeño y modelos de laboratorio o in vitro inexactos.
La envoltura de bacterias gramnegativas, como E. coli , se compone de dos barreras: las llamadas membranas celulares interna y externa. Esta doble membrana, que es única en biología, es altamente impermeable a las moléculas entrantes y actúa como un filtro altamente selectivo.
La estructura a nanoescala de la membrana se determinó utilizando la fuente de neutrones y muones ISIS del Consejo de Instalaciones de Ciencia y Tecnología. Un instrumento llamado POLREF proporcionó una técnica de reflectividad de neutrones de contraste magnético para estudiar el modelo y averiguar dónde estaba cada componente. Esto permitió la precisión molecular molecularcomposición a resolver, mostrando detalles precisos del modelo, como la asimetría molecular y el grosor de la capa de agua interna.
"Ahora podemos realizar estudios sobre membranas bacterianas modelo en condiciones que se parecen mucho más a las que se encuentran de bacterias vivas de lo que ha sido posible anteriormente", dijo el Dr. Luke Clifton del ISIS. "La dispersión de neutrones nos permite resolver estructuras complejas compuestasde mezclas de biomoléculas. Al combinar esto con el etiquetado isotópico, al cual los neutrones son muy sensibles, pudimos determinar dónde estaba cada componente del modelo ".
El Dr. Clifton y sus colegas continuaron probando la respuesta del modelo a las proteínas antimicrobianas producidas en nuestros cuerpos, incluidas la lisozima y la lactoferrina. Las interacciones de estas proteínas con la membrana externa in vivo e in vitro son bien conocidas, permitiendocomparaciones con el modelo sintético. La reflectividad de neutrones reveló que los experimentos reproducían el comportamiento in vivo, replicando la interrupción de la membrana externa previamente vista en bacterias vivas.
El profesor Lakey agrega: "El modelo se comporta de una manera que cabría esperar de una bacteria viva que abre oportunidades interesantes para que los investigadores prueben nuevos compuestos".
El próximo desafío para los investigadores es comenzar a incorporar proteínas de membrana en la bicapa.
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Materiales proporcionado por Universidad de Newcastle . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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