Las bacterias son mejor conocidas como células individuales de vida libre, pero en realidad sus vidas son mucho más complejas. Para sobrevivir en ambientes hostiles, muchas especies de bacterias se unirán y formarán una biopelícula, una colección de células unidas por unResistente red de fibras que ofrece protección contra todo tipo de amenazas, incluidos los antibióticos. Una biopelícula familiar es la placa dental que se forma en los dientes entre cepillados, pero las biopelículas pueden formarse en casi cualquier lugar si se dan las condiciones adecuadas.
Las biopelículas son un gran problema en la industria del cuidado de la salud. Cuando las bacterias que causan enfermedades establecen una biopelícula en equipos sensibles, puede ser imposible esterilizar los dispositivos, elevar las tasas de infección y necesitar reemplazos costosos. Por lo tanto, los investigadores buscan formas de romperderribar las defensas de las biopelículas para evitar que establezcan un punto de apoyo.
Ahora, un equipo dirigido por la Universidad de Maryland ha encontrado un vínculo importante en el proceso de formación de biopelículas: una enzima que apaga las señales que usan las bacterias para formar una biopelícula. Los hallazgos, publicados en la edición en línea temprana del 24 de agosto de 2015del Actas de la Academia Nacional de Ciencias , tiene implicaciones de largo alcance para el desarrollo de nuevos tratamientos, y algún día podría ayudar a que las complicaciones relacionadas con la biopelícula sean un recuerdo lejano.
"Las bacterias forman biopelículas porque sienten un cambio en su entorno. Lo hacen generando una molécula de señalización, que se une a un receptor que activa la respuesta", dijo Mona Orr, autora principal del estudio y un biológico UMDestudiante de posgrado en ciencias. "Pero necesita una forma de apagar el interruptor: eliminar la señal cuando ya no es necesario. Hemos identificado la enzima que completa el proceso de apagar el interruptor".
El conocido interruptor que activa la formación de biopelículas es una molécula de señalización llamada Cyclic-di-GMP, también conocida como c-di-GMP. Muchas especies de bacterias que causan enfermedades usan c-di-GMP para indicar la formación de biopelículas, incluyendo Escherichia coli, Salmonella enterica y Vibrio cholerae.
Pero Orr y sus colegas son los primeros en identificar la molécula que completa el proceso de eliminación de c-di-GMP de la célula, terminando así el proceso de señalización de la biopelícula. La molécula es una enzima llamada oligoribonucleasa, y muy similar a c-di-GMP, la oligoribonucleasa también es común entre las especies bacterianas que causan enfermedades.
El equipo estudió el proceso en la bacteria Pseudomonas aeruginosa , una especie común que se sabe que causa infecciones en pacientes hospitalizados. Pero debido a las similitudes genéticas y fisiológicas entre P. aeruginosa y otras especies infecciosas, los investigadores creen que la oligoribonucleasa cumple la misma función en una amplia variedad de bacterias.
"Puedes pensar en este proceso en términos de agua que llena un fregadero. La velocidad del agua del grifo es tan importante como el tamaño del desagüe para determinar el nivel de agua en el fregadero", dijo Vincent Lee, uncoautor del estudio y profesor asociado en el Departamento de Biología Celular y Genética Molecular de la UMD y el Instituto de Investigación de Patógenos de Maryland. "El nivel de c-di-GMP en la célula es análogo a la cantidad de agua en el fregadero.Debido a que nadie sabía cuál era el drenaje, nuestros hallazgos crean una imagen completa del proceso de señalización ".
Orr, Lee y sus colegas del Departamento de Química y Bioquímica de la UMD y la Universidad Estatal de Michigan centraron su trabajo P. aeruginosa porque está bien estudiado y puede sobrevivir bajo una variedad de condiciones, lo que hace que sea muy difícil de controlar. Es posible que los usuarios de lentes de contacto ya estén familiarizados P. aeruginosa , ya que comúnmente forma biopelículas infecciosas teñidas de verde en lentes más antiguas o en aquellas que no se han limpiado adecuadamente.
El equipo descubrió que la oligoribonucleasa es necesaria para el segundo proceso de dos pasos. El primero, que convierte c-di-GMP en una molécula intermedia llamada pGpG, ya se conocía. Orr, Lee y sus colegas ya han completadoEl segundo paso importante en este proceso: la oligoribonucleasa separa el pGpG y, por lo tanto, apaga por completo la vía de señalización.
El resultado sugiere que la oligoribonucleasa podría usarse para ayudar a diseñar nuevos antibióticos, desinfectantes y tratamientos de superficie para controlar las biopelículas. Dichas medidas podrían prevenir infecciones y evitar la necesidad de reemplazar con frecuencia los costosos equipos hospitalarios. Debido a que las biopelículas también pueden formarse en médicos implantadosdispositivos, como marcapasos y articulaciones sintéticas, tratamientos efectivos contra biopelículas podrían eliminar la necesidad de cirugías de reemplazo costosas y riesgosas.
Si bien la oligoribonucleasa probablemente detiene la formación de biopelículas en muchas especies bacterianas infecciosas, Orr y Lee reconocen que su descubrimiento no es exactamente una "bala de plata" que puede combatir todo tipo de biopelículas.
"Los genes que producen estas señales se encuentran en la mayoría de las bacterias. Sin embargo, la enzima oligoribonucleasa que rompe el efecto solo se encuentra en algunos", explicó Lee. "Por lo tanto, debe haber paralelos en los organismos que no tienen oligoribonucleasa.Encontrar estos otros interruptores 'desactivados' ocupa un lugar destacado en nuestra lista de futuros objetivos de investigación ".
Además de Orr y Lee, los autores de UMD en el documento incluyen a Herman Sintim, profesor asociado en el Departamento de Química y Bioquímica de UMD, Jingxin Wang Ph.D. '11, química y Gregory Donaldson BS '10, biológicociencias.
Este trabajo fue financiado por el Instituto Nacional de Alergias y Enfermedades Infecciosas de los Institutos Nacionales de la Salud Premios Nos. T32-AI089621 y R21AI096083 y la Fundación Nacional de Ciencias Premios Nos. MCB1253684 y CHE0746446. El contenido de este artículo nonecesariamente reflejan los puntos de vista de estas organizaciones.
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Materiales proporcionados por Universidad de Maryland . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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