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02 de diciembre de 2005
El evitar los biofilms podría ayudar a combatir la tuberculosis
Unos investigadores del HHMI han identificado un gen que permite que
las micobacterias -que causan tuberculosis y lepra- formen biofilms.
Los biofilms bacterianos ayudan a las micobacterias a resistir los
tratamientos. Pero los investigadores encontraron que cuando
micobacterias muy relacionadas con los patógenos de la
tuberculosis y de la lepra carecen de una proteína clave, los
biofilms maduros no se pueden formar. La interrupción del gen
que produce esta proteína, conocida como GroEL1, podría
ayudar a tratar o prevenir estas temibles enfermedades.
Para descifrar la función de la proteína en la
construcción del biofilm, Graham F. Hatfull, profesor del
Instituto Médico Howard Hughes (HHMI) en la Universidad de
Pittsburgh, estableció una colaboración con el
investigador del HHMI William R. Jacobs Jr., quien se encuentra en la
Facultad de Medicina Albert Einstein. Descubrieron que GroEL1 supervisa
la producción de un conjunto particular de ácidos grasos
llamados ácidos micólicos, que son necesarios para el
crecimiento del biofilm.
“La comprensión de los biofilms es importante porque las bacterias en biofilms son tolerantes a la mayoría de los antibióticos, y esta tolerancia es un problema importante para el control de la tuberculosis”.
Graham F. Hatfull
Hatfull se encuentra entre los 20 científicos de toda la
nación que han recibido 1 millón de dólares del
HHMI para ayudar a transmitir el entusiasmo por la investigación
a las salas de clases de ciencia. Trabaja con estudiantes
universitarios y de escuela secundaria del área de Pittsburgh
para identificar bacteriófagos, virus comunes que infectan las
bacterias. Un bacteriófago que infecta a Mycobacterium
smegmatis, prima no patogénica de Mycobacterium
tuberculosis, ayudó a iniciar el estudio que Hatfull y
Jacobs publican en el número del 2 de diciembre de 2005, de la
revista Cell.
 | | | | |  | | | | | |  |  | Mycobacterium smegmatis
La imagen muestra Mycobacterium smegmatis formando um biofilm sobre una superfície líquida, con sus pliegues con textura características. más
Imagen: Cortesía de Anil Ojha, Tom Harper, Graham Hatfull | |
| | | | | | |  | | Bombardero del Bronx
Bxb1 es un fago de micobacterias que se aisló del jardín del Dr. Jacobs en el Bronx... más
Imagen: Cortesía de Jordan Kriakov, William R. Jacobs, Jr. | |
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“Hemos definido a uno de los primeros genes y mecanismos a
través de los cuales las micobacterias forman biofilms”,
dijo Hatfull. “La comprensión de los biofilms es
importante porque las bacterias en biofilms son tolerantes a la
mayoría de los antibióticos, y esta tolerancia es un
problema importante para el control de la tuberculosis”,
explicó.
La tuberculosis infecta a una de cada tres personas en todo el mundo
y mata a miles todos los días en países del tercer mundo.
Las infecciones también pueden persistir sin que sean detectadas
durante toda la vida. “Los biofilms podrían
desempeñar una función importante en la forma en la que
la bacteria de la tuberculosis misma puede esconderse y protegerse de
las drogas y de los mecanismos efectores de eliminación del
sistema inmune. Quizás la bacteria permanece en un biofilm en
alguna parte del cuerpo”, sugirió Jacobs. “Si sucede
esto, la comprensión de la formación del biofilm
proporcionará nuevas formas de desarrollar drogas más
eficaces para luchar contra la tuberculosis y otras infecciones por
micobacterias”.
Los biofilms están relacionados con la resistencia
antibiótica en algunas infecciones bacterianas, incluyendo
infecciones respiratorias de Streptococcus y Pseudomonas.
Para las bacterias, los biofilms son una herramienta de supervivencia
importante -que consiste en capas comunales de células
bacterianas unidas a una superficie líquida o
sólida-.
Persisten de forma obstinada, obstaculizando el tratamiento con
antibióticos. Físicamente, un biofilm forma una
estructura más fuerte y menos accesible que una colonia de
bacterias agrupadas sin estructura. Y metabólicamente, se cree
que las células del biofilm funcionan en un modo de ahorro
energético.
“Las bacterias han desarrollado muchas formas de entrar en
esta fase de latencia y una forma son los biofilms”, dijo Jacobs.
“Todavía no estamos seguros de lo que sucede con la
bacteria de la tuberculosis, pero este trabajo descubre la
función, que se esperada pero que no tiene precedentes, de una
proteína que se ha sabido por mucho tiempo estaba involucrada en
la producción de fagos, llamada GroEL1”.
El estudio actual de Jacobs y Hatfull comenzó con la
observación inesperada del estudiante postdoctoral de Hatfull,
Anil Ohja, de que una cepa de Mycobacterium smegmatis infectada
con virus no podía formar biofilms apropiados. El virus,
micobacteriófago Bxb1 -llamado Bombardero del Bronx por Jacobs
después de que lo aisló de la tierra de su propio
jardín en el Bronx, en Nueva York- integra su ADN en el centro
del gen GroEL1 de la micobacteria. Esta integración interrumpe
la producción de la proteína GroEL1, que pertenece a una
clase de proteínas conocidas como chaperonas que ayudan a formar
y a dirigir otras proteínas dentro de la célula.
A pesar de que otra proteína chaperona, GroEL2, es esencial
para el crecimiento de micobacterias, la cepa que no tenía
GroEL1 pudo crecer de forma abundante mientras flotaba en cultivos
líquidos. A diferencia de la proteína GroEL2, chaperona
de “mantenimiento” general que ayuda a que las
proteínas de la célula se plieguen correctamente, GroEL1
tiene una función especializada. Sin ella, las micobacterias no
podrían construir biofilms maduros y con texturas.
Para descubrir la forma en la que una proteína chaperona
podría influir distintas fases del crecimiento, Ohja
comparó las proteínas generadas por cepas de
micobacterias con GroEL1 y sin ella. Demostraron que sin la chaperona,
las células carecían de una pieza clave de su maquinaria
de síntesis de ácidos grasos. Entonces el grupo
comparó los perfiles de ácidos grasos de las dos cepas.
Las bacterias sin GroEL1 produjeron menos ácidos grasos en
general y ninguno de los ácidos micólicos particulares
que se requieren para producir un biofilm.
“Estos estudios enfatizan que la síntesis de
ácidos grasos es un proceso altamente regulado que depende del
estado de crecimiento fisiológico de las células”,
dijo Hatfull. Dijo que los investigadores deben estudiar más
para descubrir la forma en la que la chaperona causa el cambio en la
producción de ácido micólico pero es probable que
proporcione de un interruptor molecular en la maquinaria de
síntesis.
Mycobacterium tuberculosis también tiene dos
genes GroEL, y su proteína GroEL1 es idéntica en un 90
por ciento a GroEL1 de M. smegmatis. Aun cuando todavía
no hay evidencia directa de que M. tuberculosis forma biofilms,
Hatfull y Jacobs dicen que es muy probable que las dos proteínas
GroEL1 actúen de formas similares para cambiar la
síntesis del ácido micólico -hipótesis que
planean estudiar después-. El mismo mecanismo también
podría estar tener lugar en M. ulcerans y en M.
leprae, que causan enfermedades dolorosas y que desfiguran.
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English Version
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Cindy Fox Aisen
