A cámara lenta contra la resistencia a los antibióticos
Cómo las nuevas terapias permiten conocer las membranas de las bacterias
La resistencia de las bacterias a los antibióticos suele decidirse en la membrana celular. Allí es donde los antibióticos pueden ser bloqueados en su camino hacia el interior de la célula o catapultados desde el interior hacia el exterior. Los péptidos macrocíclicos, una nueva clase de antibióticos, citotóxicos e inhibidores bioactivos, arrojan luz sobre cómo se produce este proceso de transporte en la membrana, cómo se influye en él y cómo puede utilizarse para burlar la resistencia de una célula malignamente transformada. Los resultados de la investigación, desarrollada bajo la dirección del profesor Robert Tampé (Universidad Goethe) y el profesor Hiroaki Suga (Universidad de Tokio), se han publicado en la revista eLife.
Los tratamientos sintéticos contra la resistencia a los antibióticos en las bacterias o la resistencia a múltiples fármacos en las células tumorales pueden bloquear las proteínas de transporte impulsadas por el ATP que transportan los quimioterapéuticos fuera de la célula.
Robert Tampé, Institute for Biochemistry, Biocentre, Goethe University Frankfurt
En la actualidad, sólo existen unos pocos agentes sintéticos que se unen a las proteínas de transporte de membrana más extendidas, los transportadores de casetes de unión a ATP (ABC), y las bloquean. Científicos de la Universidad Goethe y la Universidad de Tokio identificaron cuatro de estos péptidos macrocíclicos como modelos para una nueva generación de sustancias activas. Para ello utilizaron métodos en los que los científicos implicados son considerados líderes mundiales.
Gracias a la secuenciación profunda, un procedimiento de lectura extremadamente rápido y eficaz, se pudieron filtrar los péptidos macrocíclicos deseados de una "biblioteca" de péptidos macrocíclicos que comprende billones de variantes (1 con 12 ceros), un número que supera el de las estrellas de la Vía Láctea. El hecho de que exista una cantidad tan enorme está relacionado con un procedimiento novedoso: Mediante la reprogramación del código genético, los aminoácidos pueden utilizarse específicamente como componentes activos que no se utilizan de otra manera en la célula. En particular, su estructura circular y cerrada los distingue de las proteínas naturales. "Como estas terapias son cíclicas, se descomponen menos rápidamente en la célula", explica Robert Tampé, Director del Instituto de Bioquímica de la Universidad Goethe. "Además, las sustancias activas en forma de anillo tienen una estructura espacial restringida, por lo que se unen a la molécula objetivo sin grandes reordenamientos". Una tercera característica distintiva hace que los péptidos macrocíclicos sean especialmente atractivos para los científicos: Cuando se producen las sustancias activas, sus instrucciones de construcción se suministran como un "código de barras". Si se seleccionan determinadas terapias entre un trillón de ellas producidas sintéticamente, llevan consigo sus "etiquetas de identificación", por así decirlo.
Entonces, ¿qué papel desempeñan las terapias sintéticas en la resistencia a los antibióticos en las bacterias o en la resistencia a múltiples fármacos en las células tumorales? ¿Qué ocurre cuando se encuentran con la molécula de transporte impulsada por el ATP que es responsable de la resistencia al llevar los agentes quimioterapéuticos fuera de la célula? En pocas palabras: Los fármacos bloquean el transportador al unirse a él. Esto puede ocurrir al principio o al final de un proceso de transporte, cuando el transportador está en estado de reposo. Sin embargo, como los científicos pueden ralentizar el proceso de transporte para que se lleve a cabo a cámara lenta, pueden identificar los agentes que "entran" en medio del proceso de transporte y "mantienen" la proteína de la membrana en su posición respectiva. De este modo, los investigadores obtienen una visión de la coreografía del proceso de transporte como si fuera a través de las imágenes de una tira de película.
Estos conocimientos ya han provocado un "cambio de paradigma" en la ciencia, como explica Tampé: "Hasta ahora, suponíamos que la hidrólisis del ATP (nota: un proceso de desdoblamiento energético) proporciona la energía para el transporte a través de la membrana. Sin embargo, esto sólo es así de forma indirecta. Es el acontecimiento de la unión de la molécula de ATP el que empuja las sustancias fuera de la célula. La energía de la hidrólisis, en cambio, se utiliza para devolver el transportador ABC a su estado inicial". Los grupos de investigación de la Universidad Goethe y la Universidad de Tokio están convencidos de que estos y otros conocimientos sobre los procesos de las membranas permitirán desarrollar futuros medicamentos.
La investigación básica sobre las membranas celulares y las proteínas de membrana tiene ya una larga tradición en Frankfurt. Robert Tampé dilucidó los mecanismos esenciales de las proteínas de transporte impulsadas por el ATP y la maquinaria celular de la respuesta inmunitaria adaptativa y el control de calidad, que junto con esta nueva publicación pueden aportar enfoques para la investigación aplicada de medicamentos. Tampé fue director del Centro de Investigación Colaborativa "Transporte y Comunicación a través de Membranas Biológicas" (SFB 807) que expiró a finales de 2020. Mientras tanto, ya se está desarrollando el concepto de un nuevo centro de investigación sobre procesos altamente dinámicos relacionados con las redes y maquinarias de proteínas en las membranas celulares. A largo plazo, los resultados de la investigación deberían revelar nuevas posibilidades para la terapia de enfermedades moleculares, infecciones y cáncer.
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
Publicación original
Más noticias del departamento ciencias
Reciba la industria de las ciencias biológicas en su bandeja de entrada
No se pierda nada a partir de ahora: Nuestro boletín electrónico de biotecnología, productos farmacéuticos y ciencias de la vida le pone al día todos los martes y jueves. Las últimas noticias del sector, los productos más destacados y las innovaciones, de forma compacta y fácil de entender en su bandeja de entrada. Investigado por nosotros para que usted no tenga que hacerlo.
