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17 de agosto de 2000
Una enzima ofrece un blanco para atacar a la tuberculosis resistente a los medicamentos
Investigadores han descubierto una enzima que le permite a la
bacteria de la tuberculosis (TB) metabolizar nutrientes y persistir por
meses, mientras se defiende del ataque del sistema inmune,
ocultándose en el interior de los macrófagos.
Según los investigadores, la enzima llamada isocitrato ligasa
(ICL) ofrece un blanco de ataque excelente para drogas que maten a las
cepas persistentes de las bacterias de la TB, que pueden evadir a los
antibióticos y causar una infección crónica. Una
droga que apunte a la ICL, dice el investigador del HHMI William R. Jacobs,
júnior, puede ser capaz de reducir el tiempo requerido para
tratar la infección de TB. Jacobs y sus colegas también
han determinado la estructura cristalina de la ICL unida a inhibidores
de la enzima, lo que les da la delantera para el desarrollo de tales
tratamientos con drogas.
“Esta extraordinaria persistencia es la razón por la cual la tuberculosis quita más vidas humanas por año que cualquier otro patógeno bacteriano”.
William R. Jacobs Jr.
Los equipos que colaboran en la investigación, conducidos por
Jacobs, quien se encuentra en la Colegio de Medicina Albert Einstein,
el investigador David Russell de Cornell y el investigador James
Sacchettini de A&M de Tejas, anunciaron sus resultados en
artículos en el número del 17 de agosto de 2000, de la
revista Nature y en el número de agosto de 2000 de
Nature Structural Biology.
"La tuberculosis tiene una capacidad asombrosa de crecer
exponencialmente hasta que el sistema inmune cede", dijo Jacobs. "Una
vez que el sistema inmune se pone en acción, la tuberculosis
detiene su crecimiento pero puede persistir a pesar del ataque del
sistema inmune y del tratamiento con antibióticos. Esta
extraordinaria persistencia es la razón por la cual la
tuberculosis quita más vidas humanas por año que
cualquier otro patógeno bacteriano. Y es la razón por la
que nos hemos concentrado en entender los factores subyacentes a la
persistencia".
Los investigadores comenzaron la búsqueda de los factores de
persistencia cuando vieron estudios realizados por otros
científicos, que demostraban que una forma persistente de TB
parecía depender sólo de lípidos, como fuente de
energía y de carbón. La dependencia de lípidos
implicó que esta cepa de TB depende de la vía alternativa
del glioxilato, vía metabólica que ayuda en la
producción de compuestos tetracarbonados para ser usados en la
fabricación de vitaminas y en el reciclaje de
aminoácidos, que son los ladrillos con los que se construyen las
proteínas.
"Las enzimas que constituyen la vía alternativa del
glioxilato son blancos de ataque atractivos para drogas, porque esa
vía no se encuentra en mamíferos", explicó Jacobs.
"De este modo, si se hace una droga que inhiba la vía,
ésta no afectará a las células humanas".
El autor principal del artículo de Nature John
McKinney, becario postdoctoral en el laboratorio de Jacobs,
procedió a desarrollar cepas de TB mutantes en las cuales la
ICL, enzima clave de la vía alternativa del glioxilato, fue
suprimida. "Fue asombroso que, durante las primeras tres semanas, las
bacterias mutantes crecieran tan bien como las bacterias de tipo
salvaje", dijo Jacobs. "Más tarde, las mutantes no pudieron
persistir ni matar a los ratones, como lo hace la bacteria de tipo
salvaje".
Mientras tanto, Russell y sus colegas, trabajando por separado del
equipo de Jacobs, encontraron que la ICL era la proteína que
más aumentaba en las bacterias persistentes de TB, cuando
éstas habían sido aisladas de macrófagos. Los
macrófagos son las células predadoras del sistema inmune
que merodean por los pulmones, fagocitando y digiriendo a las bacterias
invasoras. Normalmente, en estado de reposo, los macrófagos son
activados por la respuesta inmune del huésped, que se desarrolla
luego de la invasión bacteriana. El bacilo de la TB, sin
embargo, posee la peligrosa capacidad de entrar a los macrófagos
y de utilizarlos como refugios, durante el estado de persistencia.
"Dado que está generalmente aceptado que los
macrófagos son el reservorio de la infección de TB, el
encontrar el aumento de ICL nos llevó a incursionar en el
entendimiento de las vías metabólicas requeridas para la
supervivencia intracelular", dijo Russell. "De esta manera, clonamos y
expresamos la enzima, y comenzamos a caracterizarla
bioquímicamente".
Cuando los dos grupos de investigación se enteraron de los
resultados del otro, comenzaron una colaboración para explorar
el papel de la enzima. Los estudios realizados en colaboración
revelaron que la mutante de TB que carecía de ICL crecía
adecuadamente en macrófagos en estado de reposo, pero eran
dañadas seriamente en macrófagos activados.
"Estos resultados nos llevaron a pensar que si podíamos
inactivar a la ICL, tendríamos la capacidad de eliminar la TB
persistente", dijo Jacobs. "En este mismo momento, el curso de la
quimioterapia para la TB es de seis meses, debido a la incapacidad para
matar a las bacterias persistentes, así que tales drogas
podrían hacer una gran diferencia".
Un tercer grupo en colaboración, conducido por Sacchettini,
utilizó cristalografía de rayos X para obtener una
estructura detallada de la proteína ICL. En particular, los
científicos determinaron las estructuras de la proteína
unida a los compuestos inhibidores identificados por el laboratorio de
Jacobs. Los autores principales de ese artículo son Vivek Sharma
y Sujata Sharma, en el A&M de Tejas. Según Sacchettini, la
estructura del complejo entre la enzima y el inhibidor, publicada en el
artículo de Nature Structural Biology, ofrece pistas
importantes en el diseño de drogas para atacar las bacterias de
TB persistentes.
"Esta estructura nos provee de un modelo para experimentos futuros
de diseño de drogas", dijo. "Hemos aprendido que cuando la
enzima se une a un substrato o a un inhibidor, experimenta grandes
cambios conformacionales que bloquean su sitio activo. Ahora que
sabemos esto, podemos diseñar compuestos que atrapen a la
proteína en este estado conformacional bloqueado y que inhiban a
la enzima". En colaboración con la Glaxo Wellcome, los
investigadores ya han lanzado una búsqueda de tales
compuestos.
La ICL es la segunda enzima identificada por Jacobs y sus colegas,
que es crucial en el estado persistente del bacilo de la TB. En abril
de 2000, Jacobs y sus colegas informaron que una enzima llamada un
ciclopropanasa era crucial para la capacidad de las bacterias de formar
las colonias con forma de sogas, que son características de la
forma virulenta. Según Jacobs, la ICL y la ciclopropanasa
ofrecen una importante comprensión sobre el estado persistente
de la infección de TB, así como también nuevos
caminos hacia una mejor terapia para la TB.
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