Ribocil. Nueva generación de antibióticos sobre los riboswitches

Uno de los elementos más importantes para las bacterias son los riboswitches, moleculariboreguladores o interruptores de RNA, capaces de reconocer moléculas esenciales (vitaminas, metabolitos, coenzimas) y regular la traducción del RNA a proteínas. Ahí es donde se dirigen los nuevos antibióticos. Esencialmente, un riboswitch (riborregulador) es un segmento regulador de una molécula de mRNA que se une a una molécula pequeña, que resulta en un cambio en la producción de las proteínas codificadas por el RNAm.

Los riboswitches fueron descubiertos en bacterias, en 2002, por Ronald Breaker, como sensores intracelulares basados en RNA de derivados de vitaminas, aunque algunos científicos, como Tina Henkin, ya habían dado noticias de este control especial de mRNA.

Durante la última década, se han encontrado elementos sensores naturales de RNA que son una serie de pequeñas metabolitos e iones que ejercen un control regulador de la transcripción, traducción, corte y empalme, y la estabilidad del RNA. Extensos estudios bioquímicos, estructurales y genéticos han establecido los principios básicos que sustentan la función riboswitch en los tres reinos de la vida con implicaciones para el desarrollo de antibióticos, el diseño de nuevos sensores moleculares, y la integración de riboswitches en circuitos sintéticos. Los riboswitches pueden ser la diana para nuevos antibióticos. De hecho, se ha demostrado que algunos antibióticos cuyo mecanismo de acción se desconocía funcionan apuntando a los riboswitches.

merckJohn Howe y sus colegas, de los laboratorios de investigación de Merck en Keilworth, Nueva Jersey, y West Point y North Wales, en Pensilvania, presentan en el artículo principal de la revista Nature del 30 de septiembre, el primer fármaco candidato para actuar sobre riboswitches, que se llama ribocil. Regula la estructura del RNA, que compite eficazmente con la vitamina B2 por la unión al riboswitch, pero bloquea la traducción en lugar de activarla. La riboflavina, o vitamina B2, una molécula esencial para el metabolismo de las bacterias.

Este riboswitch, que está presente en muchos RNA esenciales, activa su traducción cuando reconoce a la vitamina B2. El ribocil es, por tanto, el primer ribocilmiembro de una nueva generación de antibióticos, contra la que las bacterias actuales carecen de resistencia. Los investigadores han hallado el ribocil por un método convencional de rastreo (screening), en el que han probado una biblioteca de 57.000 pequeñas moléculas sintéticas, dirigido específicamente a las moléculas que bloquean la síntesis de vitamina B2. En las pruebas con ratones infectados con bacterias patógenas, el tratamiento con ribocil redujo la concentración bacteriana en más de 1.000 veces, sin efectos tóxicos para el ratón.

Los investigadores comenzaron con la idea de encontrar un compuesto que bloquease la síntesis bacteriana de la vía riboflavina, nutriente esencial para los seres humanos y bacterias por igual, que los humanos deben consumir como parte de su dieta, y que las bacterias, en caso necesario, la sintetizan por ellas mismas de novo. El equipo encontró una molécula que denominó ribocil. Para investigar el mecanismo de acción de la molécula, la incorporaron a cultivos de E. coli hasta que surgieron colonias resistentes, para después secuenciar los genomas completos de cada una de las cepas bacterianas resistentes para encontrar qué genes habían mutado, viendo que, aunque las 19 cepas resistentes tenían mutaciones en el gen ribB, no afectaban a la propia proteína, sino a la alteración de una parte no codificada del RNA mensajero, el riboswitch.

De los tres ribocil, el ribocil A, tiene un efecto diana selectivo pero menos actividad; su isómero alternativo (ribocil-B) es más activo; y el ribocil-C posee mejoras químicas con más actividad antimicrobiana y menor tasa de resistencias. La actividad ribocil-C contra la cepa E. coli Ab-FMN es 16-32 veces más potente (MI <0,063 mg / L) que la de otros ribociles o roseoflavin

Los datos de la estructura de rayos X del ribocil han sido depositados en el Protein Data Bank bajo el código adhesión 5C45.

Howe JA, et al. Selective small-molecule inhibition of an RNA structural element Nature 2015. doi: 10.1038/nature15542, 2015.

Gelfand MS, et al. A conserved RNA structure element involved in the regulation of bacterial riboflavin synthesis genes. Trends Genet 1999; 15: 439-42.

Breaker RR: Engineered allosteric ribozymes as biosensor components. Curr Opin Biotechnol 2002; 13: 31-39.

Blount KF, Breaker RR. Riboswitches as antibacterial drug targets. Nat Biotechnol 2006; 1558-1564.

Henkin T. Riboswitch RNAs: Using RNA to sense cellular metabolism. Genes & Development 2008; 22: 3383-3390.