LABORATORIO DE URGENCIAS

Cómo Bacterias Gram-Negativas Construyen las Paredes Celulares

                                      Daniel Kahne (Professor of Chemistry and Chemical Biology at Harvard University)

                                                                           Nature –March 2019

                                                                       REsumido por: Carmen Leitch

Las bacterias gramnegativas están rodeadas por una membrana citoplasmática interna y por una membrana externa, que sirve como barrera protectora para limitar la entrada de muchos antibióticos. Las propiedades distintivas de la membrana externa se deben a la presencia de lipopolisacárido (LPS). Este glicolípido grande, que contiene numerosos azúcares, se produce en el citoplasma; un complejo de proteínas forma un puente de membrana a membrana que media el transporte de lipopolisacárido desde la membrana interna hasta la superficie celular. Los componentes de la membrana interna del puente de proteína comprenden un transportador de cassette de unión a ATP que impulsa el transporte, pero se desconoce cómo este transportador asegura el movimiento unidireccional de lipopolisacáridos a través del puente hacia la membrana externa.

Describimos dos estructuras cristalinas de un complejo de membrana interna de cinco componentes que contiene todas las proteínas necesarias para extraer el lipopolisacárido de la membrana y pasarlo al puente de proteína. El análisis de estas estructuras, combinado con experimentos bioquímicos y genéticos, identifica la ruta de entrada de los lipopolisacáridos en la cavidad del transportador y hasta el puente y también identifica una puerta de proteína que debe abrirse para permitir el movimiento del sustrato desde la cavidad hasta el puente. La entrada de lipopolisacáridos en la cavidad es independiente de ATP, pero se requiere ATP para que los lipopolisacáridos pasen por la puerta y lleguen al puente.
El complejo de transporte de la membrana interna controla el transporte unidireccional eficiente de lipopolisacárido contra su gradiente de concentración.

Los investigadores han identificado una cubierta exterior protectora con una molécula resistente llamada lipopolisacárido (LPS). Debido a que no existen antibióticos para algunas infecciones Gram-negativas, aprender cómo se ensambla la membrana externa y cómo interferir con el ensamblaje tiene importantes implicaciones médicas.
El LPS es una molécula grande que se produce en el citoplasma de las bacterias. Dos barreras lo separan de su destino: la membrana exterior. Una molécula proveedora de energía, ATP, impulsa la producción de bloques de construcción que generan LPS y los transporta por la célula. Pero el ATP tampoco puede cruzar las membranas.

Los científicos han estado tratando de comprender el proceso de mover LPS a la membrana externa desde la década de 1970. En este trabajo se identificaron dos estructuras que toman LPS del citoplasma y lo llevan a un puente proteico, se demostró que el ATP movía la molécula a lo largo de un solo camino y también se determinó cómo el LPS puede atravesar el puente sin ayuda adicional del ATP; un puente de proteínas se abre y se cierra, moviendo LPS hacia la membrana externa, como un dispensador de Pez. La puerta proporciona una explicación para el transporte unidireccional.

Las bacterias resistentes a los medicamentos, también conocidas como superbacterias, infectan a alrededor de dos millones de personas en los Estados Unidos cada año y matan a unas 23 000 de ellas, según los CDC (Centros para el Control y la Prevención de Enfermedades).

Esta investigación puede ayudar a los científicos a diseñar fármacos que ataquen las defensas bacterianas, como las membranas resistentes de las bacterias gramnegativas. Interferir con varios procesos en estas bacterias también puede hacer que los antibióticos tradicionales sean más efectivos.