Nuevo mecanismo metabólico en bacterias

Detalle de la estructura tridimensional de la proteína a resolución atómica / IRNASA

Es la primera evidencia de que algunos de estos microorganismos, que viven en ambientes carentes de luz y oxígeno, utilizan mecanismos metabólicos que se pensaba que eran exclusivos de los organismos que realizan la fotosíntesis. El hallazgo puede ayudar a combatir las resistencias bacterianas a los antibióticos.

Una investigación internacional liderada por el Instituto de Recursos Naturales y Agrobiología de Salamanca (IRNASA, centro del CSIC) describe un nuevo mecanismo metabólico en bacterias. El hallazgo, publicado en la prestigiosa revista científica Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America (PNAS), supone la primera evidencia de que algunas bacterias que viven en ambientes carentes de luz y oxígeno pueden utilizar mecanismos metabólicos que se pensaba que eran exclusivos de organismos que realizan la fotosíntesis. En el campo biomédico, este descubrimiento abre una nueva vía para luchar contra las resistencias de ciertas bacterias a los antibióticos. 

Los seres vivos producen la energía que necesitan a partir de los alimentos, mediante una red muy compleja de reacciones bioquímicas que, en su conjunto, denominamos metabolismo. Los procesos metabólicos que ocurren en el interior de las células son la base de la vida a escala molecular, a partir de los cuales se obtiene la energía necesaria para, por ejemplo, moverse, crecer o reproducirse, entre otros muchos tipos de actividades vitales.

Asimismo, el tipo de reacciones metabólicas que se producen dentro de las células de un organismo determina qué tipos de sustancias serán nutritivas para ese organismo y cuáles serán tóxicas. Por ejemplo, algunas bacterias utilizan sulfuro de hidrógeno como nutriente, pero ese gas es venenoso para la gran mayoría de los animales. De la misma manera, el metabolismo especial que poseen las plantas les permite vivir únicamente a partir de agua y luz solar, algo imposible para los animales.

Por tanto, existe una multitud de variantes de las reacciones metabólicas que ocurren en los seres vivos. Dada su relevancia, la gran mayoría de los procesos metabólicos han sido estudiados y caracterizados de manera extensiva durante las últimas décadas. No obstante, aún es posible encontrar nuevas variedades de procesos metabólicos en determinados organismos.

Una proteína exclusiva de bacterias anaerobias

Ahora, este estudio liderado por Mónica Balsera, investigadora del IRNASA, ha estudiado una novedosa proteína que existe, de manera exclusiva, en algunas bacterias anaerobias, es decir, bacterias que viven en ambientes que carecen de oxígeno.

Esta proteína es una quimera de dos proteínas diferentes, que aparecen normalmente en rutas metabólicas separadas: por una parte, la Tiorredoxina Reductasa dependiente de NADPH (NTR), que está presente en todos los organismos vivos conocidos; y por otra, la Tiorredoxina Reductasa dependiente de Ferredoxina (FTR), que es exclusiva de los organismos fotosintéticos.

La proteína resultante, denominada Flavín-Tiorredoxina Reductasa dependiente de Ferredoxina (FFTR), es especial porque contiene una mezcla inédita de las funcionalidades de las dos proteínas iniciales. Por un lado, interacciona con la ferredoxina como lo hace la FTR y, por otro lado, utiliza el mismo módulo de unión a un cofactor de flavina que la NTR.

Como resultado de esta mezcla, se genera una proteína nueva con propiedades únicas que se describen en detalle, y por primera vez, en el trabajo publicado en PNAS. Para realizar este estudio, ha sido fundamental la obtención de la estructura tridimensional de la proteína a resolución atómica, que se ha conseguido mediante experimentos de difracción de rayos-X de alta energía, producidos en los sincrotrones ALBA (Barcelona) y Diamond (Oxford, Reino Unido).

Desde el punto de vista científico, el descubrimiento tiene un interés enorme, dado que esta es la primera evidencia de que algunas bacterias, que viven en ambientes carentes de oxígeno, donde no están expuestos a la luz, utilizan mecanismos metabólicos que hasta ahora se pensaba que eran exclusivos de los organismos fotosintéticos, como las algas y las plantas.

Desde el punto de vista biomédico, el estudio presenta aún más relevancia si cabe, porque algunas de las bacterias en las que se encuentra esta proteína son patógenos extremadamente peligrosos, entre los que se incluyen Clostridium difficile, Clostridium botulinum y Clostridium tetani, causantes de la colitis pseudomembranosa, el botulismo y la enfermedad del tétanos, respectivamente.

Este hallazgo, por tanto, abre las puertas al desarrollo de nuevas aproximaciones en la búsqueda de moléculas con actividad antibiótica, uno de los problemas de salud pública más acuciantes en la actualidad, dada la creciente aparición de bacterias resistentes y multirresistentes, acelerada en los últimos años por el uso abusivo de los antibióticos.