Intercambiar un solo aminoácido en una proteína bacteriana simple cambia su estructura y función, revelando los efectos de la evolución genética compleja, encuentra un nuevo estudio publicado en la revista eLife . El estudio - realizado usando E. coli bacterias: puede ayudar a los investigadores a comprender mejor la evolución de las proteínas transportadoras y su papel en la resistencia a los medicamentos.
"Nos sorprendió bastante cómo las mutaciones menores pueden influir en la estructura y función de las proteínas transportadoras", dijo Nate Traaseth, profesor asociado de química en la Universidad de Nueva York y autor principal del estudio.
Las células están unidas por una capa delgada de membrana que protege su interior del ambiente exterior. Dentro de esta capa hay proteínas transportadoras que controlan qué sustancias se permiten dentro y fuera de la célula. Estos transportadores mueven activamente sustancias a través de la membrana celular al cargar cargaen un lado de la capa, luego cambiando su estructura para liberarla en el otro lado.
Los transportadores de membrana generalmente están formados por múltiples unidades repetidas. En transportadores más complejos, la secuencia genética para cada una de estas unidades estructurales se fusiona en un solo gen que codifica la proteína.
Se cree que el patrón repetido evolucionó a partir de genes de proteínas de membrana más pequeños que se habían duplicado y fusionado juntos. ¿Pero existen ventajas evolutivas al producir transportadores más complejos a partir de un solo gen fusionado?
Para investigar esto, Traaseth y sus colegas Maureen Leninger y Ampon Callie Sae Her en el Departamento de Química de la NYU examinaron un transportador simple encontrado en E. coli bacterias, que abundan en el intestino humano y animal. Sin embargo, algunas cepas de E. coli puede causar enfermedades graves y son cada vez más resistentes a los antibióticos, lo que ocurre cuando bombean compuestos tóxicos utilizando transportadores en sus membranas. E. coli el transportador, llamado EmrE, contiene dos subunidades de proteínas idénticas que trabajan juntas para mover moléculas tóxicas a través de la membrana y eliminarlas de la célula.
Los experimentos revelaron que cambiar un solo aminoácido, los bloques de construcción que componen las proteínas, en una de las dos subunidades de proteínas para que sean ligeramente diferentes entre sí modificó drásticamente la estructura y la función del transportador. El sutil intercambio de aminoácidos se interrumpióel equilibrio de proteínas hacia adentro y hacia afuera
Es importante destacar que el cambio del aminoácido único alteró la capacidad del transportador para eliminar químicos tóxicos E. coli y redujo la resistencia de las bacterias a los medicamentos, lo que puede tener implicaciones futuras para el desarrollo de medicamentos y la lucha contra la resistencia a los antibióticos.
"Si bien la aplicación clínica de estos hallazgos está a unos pasos de distancia, comprender la evolución de los transportadores de drogas nos da una nueva visión de cómo la Madre Naturaleza puede aprovechar las mutaciones para proporcionar resistencia a los medicamentos", dijo Traaseth.
Los investigadores señalan que los efectos de un cambio menor en una de las mitades idénticas del transportador EmrE demuestran cuán sensibles son los transportadores de membrana a las mutaciones.
"Esta observación también podría ayudar a explicar por qué la evolución favoreció a los transportadores más complejos compuestos por genes fusionados en los que los cambios de aminoácidos individuales pueden alterar la forma en que opera el transportador", agregó Traaseth.
La investigación fue apoyada por los Institutos Nacionales de Salud R01 AI108889 y S10OD016343 y la National Science Foundation MCB 1506420.
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Materiales proporcionado por Universidad de Nueva York . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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