La tularemia es una enfermedad rara pero a menudo letal. Es causada por uno de los patógenos más agresivos en la tierra, la bacteria Francisella tularensis. El microbio, transportado por una variedad de animales e insectos, puede ingresar y atacar el cuerpo a través deuna variedad de vías, lo que resulta en diferentes constelaciones de síntomas y grados de gravedad.
La tularemia sigue siendo poco conocida y no existe una vacuna segura y efectiva para la enfermedad. La extrema letalidad de F. tularensis y su potencial para ser aerosolizada también la han convertido en un candidato para armas biológicas, aumentando la urgencia de comprender la enfermedad y desarrollando tratamientos efectivos.
En un nuevo estudio, los investigadores del Centro de Biodiseño para el Descubrimiento Estructural Aplicado examinan una proteína de membrana clave responsable de la capacidad prodigiosa de la bacteria para infectar el cuerpo y causar enfermedades. Este factor de virulencia, conocido como Flpp3, se examina con detalles sin precedentes.ayuda de un láser de electrones sin rayos X o XFEL, un acelerador de rayos X masivo y potente ubicado en el Laboratorio Nacional de Aceleradores SLAC, Stanford.
La tecnología XFEL utiliza destellos de rayos X brillantes y extremadamente cortos para sondear muestras cristalizadas de Flpp3, revelando la estructura detallada de la proteína como nunca antes. Al comparar la información estructural recopilada por los experimentos XFEL con el análisis estructural previo usando RMN, los investigadores han desarrollado unmodelo más completo de la forma elaborada de Flpp3. Estudios previos han demostrado que cuando un gen que codifica Flpp3 está desactivado, los efectos del patógeno F. tularensis disminuyen significativamente.
Los científicos esperan utilizar esta información para desarrollar medicamentos dirigidos capaces de deshabilitar las propiedades de virulencia de la proteína y proteger contra la tularemia. Los avances en la comprensión también podrían ayudar a los científicos a desarrollar una vacuna eficaz contra la enfermedad en el futuro. Actualmente, solo vacunas vivas atenuadasexisten para la tularemia, y los riesgos de infección y la inmunidad insuficiente asociada con este enfoque han impedido el uso de tales vacunas en los EE. UU.
El investigador de biodiseño Dr. James Zook junto con los profesores Petra Fromme y Abhishek Singharoy en el Centro de Biodiseño para el Descubrimiento Estructural Aplicado lideraron el nuevo estudio. A él se unen colegas internacionales, incluidos investigadores de DESY, SLAC, AstraZeneca, el Laboratorio Europeo de Biología Molecularen Grenoble, Francia, entre otros.
Petra Fromme, directora del Centro de Descubrimiento Estructural Aplicado explica la importancia de los resultados: "Este estudio combina, por primera vez, técnicas XFEL de última generación con RMN y modelado molecular para desentrañar el gran espacio conformacional de Flpp3.El estudio revela diferentes conformaciones de esta importante proteína para la virulencia de la bacteria en la estructura XFEL y NMR, mostrando así la naturaleza altamente dinámica de Flpp3. Este estudio es tan emocionante ya que muestra que conformaciones muy diferentes coexisten y se convierten entre sí.condiciones fisiológicas "
Visualizando virulencia
Utilizando datos estructurales detallados de RMN y un nuevo análisis XFEL del factor de virulencia de la tularemia, los investigadores identificaron un inhibidor potencial de Flpp3. Esta información se obtuvo de bibliotecas virtuales disponibles que contienen estructuras de fragmentos de fármacos. A continuación, un método de modelado basado en la física,conocido como dinámica molecular MD, proporcionó información detallada sobre las fluctuaciones y los cambios conformacionales de los átomos y las moléculas en la proteína ligada a la virulencia, ayudando a los investigadores a obtener una lectura más precisa de la estructura y el comportamiento de Flpp3.
"Este trabajo proporciona varias estructuras de resolución atómica de un importante factor de virulencia de la bacteria que causa la tularemia", según la investigadora de Biodesign, Dra. Debra Hansen, coautora del nuevo estudio. Las configuraciones de proteínas identificadas ayudarán a los investigadores a buscardiseño basado en la estructura de medicamentos que podrían ser efectivos contra la esquiva enfermedad, a través de la focalización e inhibición de Flpp3.
Como explica el coautor e investigador de Biodesign, Dr. Abhishek Singharoy, el estudio es notable por estar entre las primeras investigaciones de flexibilidad conformacional de proteínas descubiertas con cristalografía de rayos X de femtosegundo en serie y RMN y confirmadas usando simulaciones de dinámica molecular MD.
Los hallazgos del grupo aparecen en la edición actual de la revista Cell Press Estructura .
amenaza persistente
La tularemia, también conocida como fiebre del conejo, es una enfermedad infecciosa rara, que generalmente ataca los ojos, la piel, los ganglios linfáticos y los pulmones después de la infección por la bacteria F. tularensis. La enfermedad es endémica en América del Norte y en muchas partes deEuropa y Asia, aunque los casos de tularemia son poco comunes y los brotes en toda regla tienden a restringirse a regiones con saneamiento deficiente e inaccesibilidad a la atención médica moderna.
La tularemia afecta principalmente a mamíferos, particularmente roedores, conejos y liebres, aunque a veces también infecta a aves, ovejas y animales domésticos, incluidos perros, gatos y hámsters.
La enfermedad se puede transmitir a los humanos a través de las picaduras de insectos y la exposición directa a un animal infectado. La enfermedad es extremadamente contagiosa. Solo 10 células bacterianas pueden ser fatales y una sola bacteria puede ser suficiente para causar infección. El organismo puede vivir durante semanasen tierra, agua y animales muertos.
La tularemia puede tratarse eficazmente si se detecta temprano, aunque el régimen de tratamiento puede ser prolongado y complejo. La mayoría de los infectados con F. tularensis presentan síntomas en tres a cinco días, aunque puede demorar hasta dos semanas.
La enfermedad existe en una variedad de formas con síntomas diferentes, dependiendo de cómo y dónde ingresan las bacterias al cuerpo. Estas incluyen la tularemia ulceroglandular, la forma más común, que produce úlceras de la piel en el sitio de la infección, inflamadas y dolorosas.glándulas linfáticas, fiebre, escalofríos, dolor de cabeza y agotamiento.
Otras formas incluyen tularemia glandular, oculoglandular, orofaríngea, neumónica y tifoidea. Si no se trata, pueden producirse una variedad de complicaciones graves de la enfermedad, que incluyen meningitis, inflamación de los pulmones, irritación alrededor del corazón e infección ósea.
método de cristal
En el estudio actual, se utiliza una técnica conocida como cristalografía de rayos X de femtosegundo en serie para sondear la estructura de la proteína Flpp3. Aquí, breves y brillantes rayos X, aproximadamente mil millones de veces más brillantes que los rayos X convencionales, golpeanun chorro de cristales "volando" a través del haz de rayos X. La intensa explosión de rayos X destruye los cristales, pero antes de hacerlo, crea un patrón de difracción en una pantalla. Los pulsos de rayos X son ultracortos y duran solo 40 femtosegundos.superan el daño de los rayos X, lo que permite que los datos se recopilen a temperatura ambiente en condiciones fisiológicas cercanas 1 fs = 10-15 segundos o una cuadrillonésima de segundo.
El ensamblaje de muchas de estas tomas de rayos X con la ayuda de computadoras permite el ensamblaje de una estructura 3D detallada de la proteína en estudio. Este llamado método de difracción antes de la destrucción fue introducido por primera vez por Henry Chapman en el Deutsches Elektronen-SynchrotronDESY con el equipo de ASU bajo la dirección de John Spence y Petra Fromme y sus colaboradores.
Los investigadores combinaron los nuevos datos estructurales XFEL con sus estudios de RMN previos de Flpp3, observando dos estados distintos de la proteína. Las simulaciones MD revelaron una estructura de cavidad interna que es transitoria, lo que sugiere que Flpp3 sufre un cambio conformacional sutil.
El enfoque abre la puerta al desarrollo de fármacos dirigidos a reducir la letalidad de la tularemia y muestra el poder de las tecnologías combinadas para desbloquear los detalles de la estructura y la dinámica de las proteínas.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad Estatal de Arizona . Original escrito por Richard Harth. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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