Los diferentes tipos de proteínas de la bomba de eflujo, que son el foco clave de la resistencia a los antibióticos de las bacterias Gram negativas, podrían haber evolucionado de forma independiente en lugar de, como se pensaba anteriormente, todo de un antepasado común, según un nuevo estudio dirigido por una universidaddel biólogo computacional de Kansas.
El descubrimiento podría ser crucial en investigaciones futuras que promuevan tratamientos para mediar la resistencia a los antibióticos de cepas de bacterias como E. coli , Salmonella , Shigella , Meningococo y otros
"La resistencia a los antibióticos se trata de la evolución; se trata de las funciones de la evolución de las proteínas para permitir que las bacterias sobrevivan y asegurar el éxito evolutivo de las bacterias", dijo Joanna Slusky, profesora asistente de KU de biociencias moleculares y biología computacional. "Al aprender de la naturaleza, nosotrospodemos aprender los pasos evolutivos y luego la pregunta es: ¿podemos diseñar proteínas usando pasos evolutivos que finalmente garanticen nuestro propio éxito genético? "
Slusky trabaja en el diseño de proteínas que sensibilizarán las bacterias a los antibióticos comunes y en la superación de las superbacterias resistentes a los medicamentos.
Ella fue la autora principal del estudio publicado el jueves en la revista Estructura . Los coautores incluyen a los estudiantes de posgrado de KU en biología computacional, Meghan Franklin y Ryan Feehan, que también se desempeñó como asistente de investigación de pregrado de KU en el Centro de Biología Computacional de KU. Otros coautores son Sergey Nepomnyachiy y Rachel Kolodny, ambos deel Departamento de Informática de la Universidad de Haifa, Mount Carmel en Israel, así como Nir Ben-Tal de la Universidad de Tel Aviv. Nepomnyachiy también está afiliado al Departamento de Bioquímica y Biología Molecular de la Universidad de Tel Aviv.
Los investigadores examinaron proteínas llamadas barriles beta que se encuentran en la superficie bacteriana. El estudio comenzó comparando la mayoría de los tipos de barriles beta con los barriles beta de las bombas de eflujo. En las bombas de eflujo, el barril beta forma la corona exterior de las grandes bombas que empujanantibióticos fuera de la célula.
Al examinar la variación del nivel de secuencia de estos barriles beta, los investigadores descubrieron que los barriles beta que estaban involucrados en la resistencia a los antibióticos carecían de un enlace de secuencia con otros barriles beta y también tenían diferencias estructurales. Esto los llevó a concluir que los barriles beta de la bomba de eflujoy los otros barriles beta pueden no haber evolucionado de manera divergente de un antepasado común.
En cambio, las presiones de la naturaleza, a través de la evolución convergente, pueden haber obligado a las bacterias a desarrollar ambos tipos de proteínas de barril por separado.
"Pasamos de decir, '¿cómo están relacionados?' A decir 'oh, creemos que no están relacionados, y ¿qué significa tener una estructura diferente para el mecanismo de resistencia a los antibióticos?'", Dijo Slusky.
Ha sido un desafío para los científicos documentar la homología de los barriles beta de la membrana externa debido a la variación extrema de la secuencia bacteriana que hace que las proteínas parezcan más diferentes. Además, la influencia contraria de la alta similitud de secuencia requerida para los filamentos de los barriles beta hace queLas proteínas se parecen más.
Hay alrededor de 100 variedades de proteínas de membrana externa en cada especie de bacterias Gram negativas.
Slusky dijo que claramente existe la necesidad de que las bacterias utilicen bombas de eflujo para mover ciertos compuestos de la célula, pero en el contexto de derrotar a las superbacterias resistentes a los medicamentos, pueden contener una pieza clave del rompecabezas.
"Las bombas de eflujo son las mismas bombas que estamos tratando de atacar para remediar la resistencia a los antibióticos", dijo Slusky.
El proceso evolutivo que documentaron los investigadores promueve la hipótesis de que los barriles beta en las bombas de flujo de salida funcionan de manera similar al iris de un ojo que se expande y contrae debido al nivel de luz en el entorno de una persona, dijo.
"Vamos a estar atentos a este mecanismo tipo iris", dijo Slusky. "Si este es el mecanismo de resistencia a los antibióticos, entonces la siguiente pregunta es, ¿cómo deshabilitamos ese mecanismo?"
Como parte del documento, los investigadores también descubrieron que los autotransportadores pueden ser los modelos más conocidos para la estructura primordial del barril beta de la membrana externa, dando a los biólogos pistas sobre cómo el barril beta se unió esencialmente con el tiempo.
"Entender la evolución nos dice dónde estaba la biología, lo cual es interesante para las personas porque nos cuenta nuestra propia historia y la historia de la Tierra", dijo Slusky. "Pero también nos dice a dónde podríamos ir y qué mecanismos son posibles.nos dice cómo podría evolucionar la vida y qué herramientas pueden usar los biólogos para cambiar y diversificar las moléculas a nuestra disposición ".
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Materiales proporcionado por Universidad de Kansas . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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