Un estudio apunta al sistema enzimático antioxidante como objetivo para el desarrollo de antibióticos
Agencia FAPESP* – En un artículo de revisión publicado en la revista Free Radical Biology and Medicine, investigadores brasileños señalan el sistema formado por proteínas ohr (una enzima antioxidante) y OhrR (su factor de transcripción) como un objetivo potencial a explorar en la búsqueda de nuevos antibióticos.
El trabajo fue coordinado por Luis Netto, profesor del Instituto de Biociencias de la Universidad de São Paulo (IB-USP) y miembro del Centro de Investigación en Biomedicina de Procesos Redox (Redoxoma), Centro de Investigación, Innovación y Difusión (CEPID) de la FAPESP.
Desde hace más de 20 años, el grupo Netto estudia este sistema proteico, que juega un papel central en la defensa de los patógenos frente al daño oxidativo. En el trabajo recientemente publicado, los investigadores describen aspectos de la estructura, catálisis, filogenia, regulación y funciones fisiológicas de las proteínas. El objetivo era sistematizar la información que estaba dispersa en la literatura.
Según los autores, el sistema Ohr-OhrR juega un papel importante en la interfaz entre patógenos como Xylella fastidiosa, Pseudomonas aeruginosa, Chromobacterium violaceum y Bacillus cereus y sus huéspedes, entre ellos mamíferos y plantas vasculares. Sin embargo, los mecanismos involucrados en estas interacciones son complejos y los roles desempeñados por Ohr y OhrR en estos procesos varían ampliamente entre las diversas bacterias.
Debido a que no se encuentran en animales vertebrados o plantas vasculares y tienen características estructurales únicas, dicen los investigadores, las proteínas Ohr y OhrR pueden ser objetivos para el desarrollo de nuevos antibióticos, algo muy relevante, teniendo en cuenta el alarmante fenómeno de las bacterias multirresistentes. Además, estas proteínas realizan otras funciones fisiológicas, como proteger a las bacterias simbióticas fijadoras de nitrógeno del estrés oxidativo asociado con este proceso.
Para Netto, la poca atención prestada al sistema Ohr-OhrR es algo sorprendente y podría explicarse por razones históricas. Mientras que las enzimas antioxidantes más conocidas se descubrieron a partir de 1937, el primer Ohr solo se describió en 1998 como una proteína involucrada en la respuesta de las bacterias al estrés inducido por hidroperóxidos orgánicos, y en 2000 científicos brasileños identificaron el gen que codifica esta proteína en el genoma de xylella fastidios. , una bacteria que causa una enfermedad llamada clorosis abigarrada de los cítricos (CVC), causando grandes daños a la agricultura en el Estado de São Paulo.
«Cuando Ohr apareció en el genoma de Xylella, no se conocía la actividad bioquímica de esta proteína. Como ya había trabajado con peroxiredoxinas, vi que Ohr tenía dos cisteínas que estaban muy conservadas. Luego surgió la idea: tal vez sea una peroxidasa», dice Netto, quien formó parte del grupo responsable de secuenciar el genoma de la bacteria. El primer trabajo del grupo sobre Ohr se publicó en 2003 en el Journal of Biological Chemistry, y demostró que, de hecho, Ohr es un tipo de peroxidasa.
El investigador enfatiza, sin embargo, que Ohr no es una peroxiredoxina como se describe en algunos artículos. «Ohr tiene propiedades muy diferentes, como la secuencia primaria, la estructura, la especificidad del reductor y oxidante, y la dinámica a lo largo del ciclo catalítico». Las peroxiredoxinas (Prx), que también son el foco de estudio del grupo Netto, son proteínas antioxidantes consideradas sensores celulares de peróxido de hidrógeno.
En 2020, el grupo dilucidó seis estructuras cristalográficas de la proteína Ohr del patógeno oportunista Chromobacterium violaceum, incluida la estructura del complejo entre Ohr y su sustrato biológico, la dihidrolipoamida (DHL). Los investigadores identificaron intermediarios del ciclo catalítico de la enzima y reforzaron la evidencia de que Ohr y Prx pertenecen a diferentes clases de proteínas. Además, demostraron que Ohr tiene una pasta hidrofóbica alrededor de su sitio activo, una característica estructural única que explica la especificidad de esta enzima para los peróxidos orgánicos.
Inflamación
La respuesta inflamatoria es una estrategia del huésped para combatir los microorganismos patógenos e implica la producción de varias moléculas oxidantes. Por lo tanto, si una inflamación tarda en terminar, puede causar daño al propio huésped. Los hidroperóxidos de ácidos grasos orgánicos son oxidantes que también pueden actuar como faros de procesos inflamatorios y antiinflamatorios.
«La señalización involucrada en estos procesos de inflamación y resolución de la inflamación es bastante compleja, involucrando diferentes hidroperóxidos de ácidos grasos, como los derivados del ácido aisadoico», dice Netto.
La hipótesis planteada por los investigadores es que Ohr podría estar involucrado de alguna manera en la virulencia de patógenos a través del control de los niveles de estos hidroperóxidos lipídicos. «Creo que la participación biológica de Ohr podría estar relacionada con el proceso de resolución de la inflamación. Contraintuitivamente, si la bacteria tiene demasiado antioxidante [en este caso la enzima Ohr], termina siendo mala para ella y buena para el huésped por, entre otras razones, facilitar el reclutamiento de células fagocíticas. Pero esta es una hipótesis que aún es especulativa, que requiere evidencia experimental», dice el investigador.
OhrR es la proteína que controla la transcripción del gen Ohr. Para que se produzca la enzima antioxidante (Ohr), el gen que la codifica debe transcribirse en el ARN mensajero correspondiente. OhrR cuando se reduce se une al ADN e impide la transcripción. Cuando la célula está bajo estrés oxidativo y está expuesta al peróxido orgánico, OhrR se oxida y sufre un cambio estructural que libera ADN para ser transcrito y luego traducido a la proteína Ohr.
Como explica Netto, el propio factor de transcripción está regulado por un proceso redox (oxidación o reducción). «Y inducirá o suprimirá la expresión de una proteína que tiene propiedades que interfieren con el metabolismo de los hidroperóxidos orgánicos».
Varios grupos de Redoxoma CEPID están implicados en estudios con hidroperóxidos orgánicos derivados de ácidos grasos, como los liderados por los investigadores Sayuri Miyamoto y Paolo Di Mascio, así como en estudios cinéticos en los que participan Ohr y OhrR, como los grupos de investigadores Ohara Augusto y Daniela Truzzi, o estudios estructurales como el grupo de investigadores. Marcos Antonio de Oliveira.
En 2021, un grupo de investigadores chinos identificó el primer inhibidor de Ohr de la bacteria Acinetobacter baumannii ATCC19606. El tratamiento de este microorganismo con inhibidor de Ohr mejoró la actividad antibacteriana de antibióticos como la canamicina y la gentamicina. El grupo chino contactó a Netto para obtener colaboración para identificar moléculas con actividad microbicida más potente.
El artículo Ohr – OhrR, un sistema antioxidante descuidado y altamente eficiente: Estructura, catálisis, filogenia, regulación y roles fisiológicos se puede acceder en: www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0891584922001472?dgcid=author.
* Con información de la Oficina de Prensa de Redoxoma.