Enzimas frente biopelículas

8La producción de biopelículas es una estrategia importante usada por bacterias y hongos para colonizar superficies y para aumentar la resistencia a la muerte por las células inmunes y los agentes antimicrobianos. Las biopelículas son viscosas, como otras membranas pegajosas que son producidas por los microbios, con el fin de colonizar diversas superficies, proteger a los microbios del sistema inmune del cuerpo y aumentar su resistencia a los antibióticos. Más del 70 por ciento de las infecciones adquiridas en el hospital están asociadas con biopelículas.

Brendan D. Snarr (Department of Microbiology and Immunology (Department of Medicine, Infectious Diseases and Immunity in Global Health Program, Centre for Translational Biology McGill University. Montreal, Canadá) y otros 14 autores más, canadienses y norteamericanos, han publicado en la revista Proceedings of the National Academy of Sciences, un interesante artículo sobre las glucosidasas (glucósido hidrolasas) y las biopelículas bacterianas.

Galactosaminogalactano y Pel (polímero rico en glucosa) son heteropolisacáridos catiónicos producidos por los patógenos oportunistas Aspergillus fumigatus y Pseudomonas aeruginosa, respectivamente. Estos exopolisacáridos contienen 1,4-N-acetil-d-galactosamina y juegan un papel importante en la formación de biopelículas por estos organismos.

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El hongo Aspergillus fumigatus (en rojo) produce una molécula de azúcar pegajosa (en verde) que cubre el hongo y es importante para generar biopelículas con las que adherirse a las superficies y tejidos y aumentar su virulaencia.

Crédito: Brendan Snarr, Centro de Salud de la Universidad McGill

Recientemente, se han identificado proteínas que contienen dominios glucosidasas dentro de la ruta biosintética de cada exopolisacárido. Se observó que los dominios de hidrolasa recombinantes de estas proteínas (Sph3h de A. fumigatus y PelAh de P. aeruginosa) degradaban sus respectivos polisacáridos in vitro. Por lo tanto, la hipótesis de que estas hidrolasas glucosídicas podrían mostrar actividad antibiótica y, además, dada la similitud química entre galactosaminogalactano y Pel, podrían mostrar actividad cruzada de especies.

El tratamiento de A. fumigatus con Sph3h interrumpió las biopelículas del hongo con una EC50 de 0,4 nM. PelAh y también alteró las biopelículas preformadas de A. fumigatus con valores CE50 similares a los obtenidos para Sph3h. En contraste, Sph3h fue incapaz de interrumpir las biopelículas basadas en Pel de P. aeruginosa, a pesar de ser capaz de unirse al exopolisacárido. El tratamiento de las hifas de A. fumigatus con Sph3h o PelAh aumentó significativamente la actividad de los antifúngicos posaconazol, amfotericina B y caspofungina, probablemente por el aumento de la penetración antifúngica de las hifas.
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Ambas enzimas no fueron citotóxicas y protegieron las células epiteliales pulmonares A549 del daño celular inducido por A. fumigatus hasta 24 h. En un modelo de ratón neutropénico de aspergilosis invasora, la administración intratraqueal de Sph3h fue bien tolerada y redujo la carga de hongos pulmonares. Estos hallazgos sugieren que las hidrolasas de glucósidos pueden tener actividad contra diversos microorganismos y pueden ser útiles como agentes terapéuticos degradando las biopelículas y atenuando la virulencia.

Como resumen, la producción de biopelículas es una estrategia importante usada por bacterias y hongos para colonizar superficies y para aumentar la resistencia a la muerte por las células inmunes y los agentes antimicrobianos. Los investigadores del estudio demuestran que las glucósido hidrolasas derivadas del hongo oportunista Aspergillus fumigatus y la bacteria gramnegativa Pseudomonas aeruginosa pueden ser explotadas para interrumpir las biopelículas fúngicas preformadas y reducir la virulencia. Además, estas hidrolasas glucosídicas se pueden utilizar para potenciar fármacos antifúngicos, aumentando su penetración en las hifas, y para proteger las células humanas de lesiones causadas por hongos y atenuar su virulencia como se ha demostrado en un modelo experimental múrido. Los hallazgos de este estudio identifican las hidrolasas de glucósidos microbianos recombinantes como terapias prometedoras.

El trabajo es el resultado de una colaboración con éxito durante cuatro años entre el equipo del Dr. Sheppard y científicos en el laboratorio del Dr. P. Lynne Howell, principal investigador en el programa de Medicina Molecular en SickKids.

Snarr BD, et al. Microbial glycoside hydrolases as antibiofilm agents with cross-kingdom activity. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2017; 201702798 doi: 10.1073/pnas.1702798114