Nuevas estructuras de alta resolución del ribosoma bacteriano determinadas por investigadores de la Universidad de Illinois en Chicago, muestran que una sola molécula de agua puede ser la causa, y posible solución, de la resistencia a los antibióticos.
Los hallazgos del nuevo estudio de la UIC se publican en la revista Nature Chemical Biology. en el artículo “Structure of Erm-modified 70S ribosome reveals the mechanism of macrolide resistance” (La estructura del ribosoma 70S modificado con Erm, revela el mecanismo de resistencia a los macrólidos).
Los gérmenes patógenos se vuelven resistentes a los antibióticos cuando desarrollan la capacidad de derrotar a los medicamentos diseñados para matarlos. Cada año en los Estados Unidos, millones de personas sufren de infecciones resistentes a los antibióticos y, como resultado, miles de personas mueren.
El desarrollo de nuevos medicamentos es una forma clave en la que la comunidad científica está tratando de reducir el impacto de la resistencia a los antibióticos.
“Lo primero que debemos hacer para fabricar mejores medicamentos es una mayor comprensión de cómo funcionan los antibióticos y cómo los ‘bichos malos’ se vuelven resistentes a ellos“, dijo Alexander Mankin, profesor de ciencias farmacéuticas en la Facultad de Farmacia de la UIC y coautor del estudio.
Mankin y su colega, Yury Polikanov, profesor asociado de ciencias biológicas de la UIC en la Facultad de Artes y Ciencias Liberales, han estado estudiando el mecanismo de acción de uno de los tipos de antibióticos más populares utilizados en la clínica hoy en día: los macrólidos.
“Los macrólidos se encuentran entre los antibióticos más exitosos que se usan comúnmente para tratar infecciones que se propagan en la comunidad; las personas reciben antibióticos macrólidos, como azitromicina, por ejemplo“, declara Polikanov. “Los macrólidos funcionan al ingresar a las bacterias y unirse a los ribosomas, la máquina de síntesis de proteínas de la célula. Una vez unidos, el fármaco evita que los ribosomas produzcan nuevas proteínas, esto impide que las bacterias crezcan y se repliquen. Sin embargo, las bacterias resistentes cambian sus ribosomas para que la droga ya no puede unirse a ellos“.
Nuevos conocimientos
A través de años de asociación entre sus 2 laboratorios, los investigadores de la UIC pudieron comprender cómo:
- Se unen los macrólidos al ribosoma
- Responden las bacterias a los macrólidos
- Se vuelven resistentes a estos medicamentos de uso común
También aprendieron a capturar imágenes de alta resolución de los ribosomas invadidos por antibióticos.
“Comparamos las estructuras de alta resolución de los ribosomas de bacterias sensibles y resistentes; notamos que una molécula de agua que es necesaria para una fuerte unión del antibiótico no se encontraba presente en los ribosomas de los microorganismos resistentes a los medicamentos. En los ribosomas del medicamento- bacterias resistentes, simplemente no había espacio para esta molécula de agua“, explica Polikanov.
"Bloqueando" el puente entre el ribosoma y el antibiótico
Los investigadores encontraron que la molécula de agua actúa como un puente entre el ribosoma y el antibiótico. Cuando las bacterias resistentes cambian la composición química de sus ribosomas, este puente entre el ribosoma y el fármaco no se puede construir. Si bien la comunidad científica ha “adivinado” durante mucho tiempo que las diferencias en las estructuras de los ribosomas sensibles y resistentes eran importantes, anteriormente se desconocía por qué estos cambios impiden la acción de los medicamentos.
“Este estudio ofrece la primera explicación convincente de por qué los macrólidos no pueden unirse a los ribosomas de las bacterias resistentes“, comenta Mankin.
Importancia de los resultados del estudio
“Estamos muy entusiasmados con este descubrimiento“, afirma Polikanov. “Porque ahora sabemos cómo interactúan exactamente los antibióticos macrólidos con su objetivo, el ribosoma. Este descubrimiento es importante porque informará y facilitará el desarrollo de nuevos antibióticos que no necesitan esta molécula de agua para unirse. Existe una gran demanda de tales medicamentos que son capaces de matar incluso aquellas bacterias que se volvieron resistentes a los medicamentos que se utilizan actualmente“.
Referencias
- Maxim S. Svetlov, Egor A. Syroegin, Elena V. Aleksandrova, Gemma C. Atkinson, Steven T. Gregory, Alexander S. Mankin & Yury S. Polikanov; Structure of Erm-modified 70S ribosome reveals the mechanism of macrolide resistance; Nature Chemical Biology; Publicado el 18 de enero de 2021; doi:10.1038/s41589-020-00715-0; Disponible en el URL https://www.nature.com/articles/s41589-020-00715-0
