Tanatina y NDM-1 metalo-β-lactamasa

10000000000001250000011D0533F50C30C776A5Las bacterias productoras de metalo-β-lactamasas-1 de Nueva Delhi (NDM-1) han estado desarrollando rápidamente resistencia a casi todos los antibióticos, incluidos los carbapenemes. La extensa transferencia horizontal del gen blaNDM-1 entre varios tipos de cepas de bacterias gramnegativas, especialmente Escherichia coli y Klebsiella pneumoniae, acelera la propagación global del gen. Además, el blaNDM-1 se intercala con los genes de resistencia existentes y evolutivamente genera nuevos mutantes.

Estudios anteriores informaron que el gen de resistencia mcr-1 puede coexistir con el blaNDM-1 en E. coli, empeorando la situación. Teniendo en cuenta que las cepas productoras de NDM-1 son cada vez más numerosas, de rápida propagación y altamente letales, se necesita urgentemente el desarrollo de nuevos fármacos para combatir estos patógenos.

La actividad hidrolítica de la NDM-1 depende de la unión de los iones Zn2+ al sitio activo, lo que activa el H2O nucleófilo y provoca la división de los anillos β-lactámicos; sin embargo, en ausencia de iones Zn2+, la estabilidad de la NDM-1 disminuye significativamente, lo que afecta negativamente a la acumulación de esta enzima en el periplasma bacteriano. El sistema inmunológico innato responde a las bacterias productoras de metalo-β-lactamasas liberando proteínas quelantes de metales, lo que causará la degradación de estas enzimas. Las bacterias resistentes anclan la NDM-1 a la membrana externa bacteriana para evitar la quelación, de modo que la eficacia hidrolítica puede preservarse incluso en condiciones de agotamiento del metal.

10000201000000F6000000F5D126385DC0C7B983La tanatina es un péptido inducible de 21 residuos producida por el insecto Podisus maculiventris, hemíptero heteróptero de la familia Pentatomidae, con un enlace disulfuro entre Cys11 y Cys1812. Estudios previos revelaron que la tanatina, cuya secreción se considera fungicida y bactericida, ejerce efecto antibacteriano sobre β-lactamasas de espectro extendido de E. coli.

Bo Ma (Department of Pharmacology, School of Pharmacy, Fourth Military Medical University, Xi’an, China) como primer firmante y ocho co-autores más del mismo departamento de la institución y del Department of Obstetrics and Gynecology, Tangdu Hospital, han publicado en la revista Nature Communication un artículo sobre el péptido tanatina mostrando que es capaz de inactivar la metalo-β-lactamaseNDM-1.

10000201000000C8000000CD6AC1105E85C63BC0Los autores, examinaron la eficacia antibacteriana de la tanatina en cepas productoras de NDM-1 encontrando que afecta tanto la viabilidad bacteriana como la actividad de la enzima NDM-1. Sus resultados mostraron el producto tiene la propiedad de reemplazar competitivamente a los cationes divalentes de la membrana externa bacteriana, lo que conduce a la interrupción de la misma liberando lipopolisacáridos. Además, la tanatina también actúa como un adyuvante antibiótico, incluso en bajas concentraciones, desplazando los iones de zinc del sitio activo de la enzima NDM-1 para restaurar la susceptibilidad de los patógenos productores de esta enzima a los antibióticos β-lactámicos. Los mecanismos antibacterianos únicos de la tanatina proporcionan una estrategia para combatir las infecciones de los patógenos productores de NDM-1.

10000201000002FC000000D74F6F03D19FB7ADDALos investigadores utilizaron siete cepas de aislados clínicos NDM-1 y tres cepas de referencia para evaluar la actividad antibacteriana in vitro de la tanatina. El agente mostró un potente efecto inhibidor sobre el crecimiento de todas las cepas de E. coli y K. pneumoniae productoras de NDM-1 con valores de 0,4 a .2 μM de concentración inhibitoria mínima (CMI), mientras que estas cepas mostraron sensibilidades mucho más bajas a la penicilina, cefalosporinas, carbapenemes y quinolonas. El estudio cinético bactericida de la tanatina a las CMI mostró rápida reducción bacteriana de 106 a 102 y menos de 50 unidades formadoras de colonias (UFC)/mL a 1 y 3 h, respectivamente. La integridad de la membrana externa bacteriana fue dañada por la tanatina de manera dependiente del tiempo y se observó un claro aumento en la intensidad de la fluorescencia 1 hora después de la incubación. La intensidad de la fluorescencia del yoduro de propidio (IP) aumentó ~2 h después de la incubación, lo que indica un aumento en la permeabilidad de la membrana interna de la bacteria. La imagen de microscopía electrónica de barrido mostró que el número de células de E. coli con cambios morfológicos importantes aumentó gradualmente con el aumento de la concentración de tanatina; en consecuencia, las células exhibieron una corrugación agravante en la superficie.

1000020100000284000001CC8094498921AAFE69En resumen, la tanatina daña la membrana externa bacteriana al promover la liberación de cationes divalentes, sustituye de manera competitiva a los cationes divalentes de los LPS, protege a los ratones infectados con E. coli productores de NDM-1, inactiva la sNDM-1 desplazando los iones de zinc, y revierte in vivo la resistencia a los carbapenemes, por lo que es un candidato prometedor para combatir el surgimiento y la diseminación de bacterias productoras de NDM-1.

 

 

Ma, B, et al. The antimicrobial peptide thanatin disrupts the bacterial outer membrane and inactivates the NDM-1 metallo-β-lactamase, Nature Communication 2019; 10. Article number: 3517. https://doi.org/10.1038/s41467-019-11503-3

Vetterli SU, et al. Thanatin targets the intermembrane protein complex required for lipopolysaccharide transport in Escherichia coli. Sci Adv 2018; 4(11):eaau2634. doi:10.1126/sciadv.aau2634.