Una enzima junto a iones de calcio cambian la simetría e inactivan su efecto
28 de septiembre de 2022
Por Bonny Ortiz Andrade
La Dra. Jessika Pazol-Ramos, investigadora posdoctoral del Centro para la Innovación, Investigación y Educación en Nanotecnología Ambiental de la Universidad de Puerto Rico (UPR), encontró un método para mejorar la purificación de agua que inactiva endotoxinas de origen bacteriano. El hallazgo, que tuvo lugar en el laboratorio del Dr. Eduardo Nicolau, presenta aplicaciones biomédicas que podrían mejorar el diseño de futuros tratamientos utilizados para contrarrestar la resistencia a medicamentos de bacterias tan comunes como el E. coli.
Pazol-Ramos y colaboradores trabajaron con bacterias Gram negativas, un grupo de patógenos muy común en los sistemas de agua. Específicamente, se enfocaron en sus endotoxinas -también conocidas como lipopolisacáridos (LPS)-, ya que entender su estructura y comportamiento en el agua, les ayuda a diseñar mejores membranas y agentes antibacterianos para la purificación del preciado líquido.
Estas endotoxinas son moléculas grandes y complejas formadas principalmente por azúcares y ácidos grasos, de aquí la palabra lipopolisacárido, lipo que significa grasa y sacárido que significa azúcar. El extremo del azúcar es afín al agua, el de los ácidos grasos no. Entonces, en medios acuosos, estas endotoxinas se configuran naturalmente en esferas compactas -llamadas micelas- que exponen al exterior los azúcares y guardan en su centro a los ácidos grasos. Esta configuración en micelas representa un problema al tratar de inactivar las endotoxinas, ya que su toxicidad está asociada con los ácidos grasos.
Pazol-Ramos lleva siete años trabajando en el diseño de membranas o filtros para la purificación del agua y recientemente publicó, junto a sus colaboradores, el estudio The influence of calcium ions (Ca2+) on the enzymatic hydrolysis of lipopolysaccharide aggregates to liberate free fatty acids (FFA) in aqueous solution. El artículo describe cómo el uso de una enzima llamada CALB, junto a iones de calcio, reconfigura los agregados de endotoxinas y puede inhibir su efecto tóxico.
“Cuando estas endotoxinas están en presencia de calcio, las micelas cambian y se forman bicapas, de esta forma, la enzima (CALB) puede acceder con mayor facilidad a cortar los ácidos grasos. Al darnos cuenta de que la configuración cambió, entonces pensamos que también podía ayudar a los antibióticos, porque se ve mucha resistencia con estas bacterias debido a que los lipopolisacáridos de sus membranas forman simetrías irregulares. Si las tratas con esta enzima, te mejora la simetría de la superficie y así mejora el acceso de la molécula que se quiera probar”. Explica Pazol-Ramos.
Las endotoxinas usualmente ingresan al organismo a través del tracto intestinal (donde no tienen mayor efecto), pero si logran pasar esta barrera y llegar al torrente sanguíneo, pueden ocasionar serios problemas.
“Nosotros [los humanos] tenemos un receptor conocido como el TLR4 [Toll-like receptor 4] que tiene la capacidad de detectar las endotoxinas cuando contienen todos sus componentes, pero cuando se remueve parte de los ácidos grasos, el receptor no puede hacer la detección. Si el receptor detecta todos los componentes de la endotoxina, se produce una cadena de síntomas patofisiológicos, donde el sistema inmune responde con inflamación y fiebre. Esto puede ocasionar sepsis y hasta la muerte.” Explica Pazol-Ramos.
En el estudio se afirma que la eficacia del tratamiento aumenta en un 72% cuando se emplea la enzima junto a los iones de calcio. Los resultados del estudio sugieren que podría explorarse como un pretratamiento en combinación con otros agentes ya que favorecen la simetría de los agregados y por consiguiente mejoran el ingreso de agentes que pueden contrarrestar la infección.
Pazol-Ramos agradece a los doctores Eduardo Nicolau y Orestes Quesada quienes la asesoraron y pusieron a su disposición sus laboratorios para completar esta investigación. De igual forma, agradece al doctor Thomas M. Weiss, quien realizó el análisis en las facilidades del Sincrotrón de Stanford para elucidar las estructuras y a Cristian D. Martínez quien colaboró con otros experimentos.
