Los investigadores investigan el papel de los sulfuros en el cambio aeróbico/anaeróbico en bacterias

Las bacterias en nuestro tracto intestinal juegan muchos papeles esenciales en el mantenimiento de nuestra salud y metabolismo. Por lo tanto, mantener felices a estos organismos y lograr un buen equilibrio entre las especies es muy importante para mantenerse saludable. Muchas de estas bacterias tienen mecanismos especiales mediante los cuales pueden cambiar de respiración aeróbica (usando oxígeno) a respiración anaeróbica (sin usar oxígeno) dependiendo de su entorno.

Este peculiar proceso de cambio también está involucrado en otras funciones, como aumentar la tolerancia a los antibióticos y proteger la célula contra las especies reactivas de oxígeno (ROS), una familia de radicales libres potencialmente dañinos. Curiosamente, las pequeñas moléculas que contienen azufre llamadas sulfuros también afectan este proceso de cambio. Las bacterias parecen haber desarrollado formas de detectar el sulfuro de hidrógeno (H₂S) niveles y adaptar su metabolismo en consecuencia. Sin embargo, no se comprende bien exactamente cómo hacen esto.

Para abordar esta brecha de conocimiento, un equipo de investigación que incluye al profesor asociado Shinji Masuda del Instituto de Tecnología de Tokio, Japón, se centró recientemente en YgaV, un factor de transcripción que se encuentra en la bacteria entérica Escherichia coli, que podría agregar algunas piezas al rompecabezas.

En su último artículo, publicado en Antioxidantesel equipo explica que YgaV está relacionado evolutivamente (y es casi idéntico) con ciertas proteínas descubiertas previamente en otras bacterias que responden a H₂niveles S. Esto los motivó a descifrar el papel de YgaV y cómo ayuda a E. coli a prosperar cuando cambian las condiciones químicas a su alrededor.

Los investigadores realizaron una serie de experimentos en cepas de E. coli normales (o WT, por «tipo salvaje») y mutantes, la última de las cuales tenía un gen YgaV no funcional. Expusieron estos cultivos a diferentes condiciones atmosféricas (ricas en oxígeno, deficientes en oxígeno y H₂rico en S). Luego, a través del análisis del transcriptoma, el equipo investigó qué genes se expresaban de manera diferente entre las cepas WT y mutantes, destacando así el papel de YgaV.

También expusieron ambas cepas de bacterias a varios tipos de antibióticos y compararon sus efectos. Además, midieron la concentración celular de peróxido de oxígeno (H₂O₂), un tipo de ROS, y analizó algunos de los detalles estructurales de cómo YgaV se une a los átomos de azufre.

En general, los resultados mostraron que YgaV es crucial para ajustar la expresión de varios genes respiratorios anaeróbicos y controlar los niveles de ROS en respuesta a H externo₂S. En particular, la tolerancia a los antibióticos fue diferente entre las cepas, como señala el profesor asociado Masuda: «Mientras que las bacterias WT mostraron una mayor tolerancia a los antibióticos bajo H₂S-condiciones atmosféricas, el mutante YgaV no lo hizo. Además, la sensibilidad a los antibióticos fue mayor en la cepa mutante que en la cepa WT, tanto en presencia como en ausencia de H externo₂S.»

Estos hallazgos aclaran algunos de los mecanismos por los cuales varias bacterias pueden regular su equilibrio químico interno en respuesta a cambios en su entorno. Este conocimiento podría usarse para identificar posibles objetivos farmacológicos para hacer que las bacterias patógenas sean más susceptibles a los antibióticos. A su vez, esto ayudaría en el tratamiento de enfermedades infecciosas. Lo que es más importante, el vínculo que existe entre YgaV, la tolerancia a los antibióticos y los niveles de ROS se puede estudiar con más detalle para comprender mejor cómo funciona la resistencia a los antibióticos.

«La investigación adicional sobre YgaV puede contribuir a resolver el enigma de una década de si existe una relación entre la generación de ROS y la tolerancia a los antibióticos», señala Masuda.