Estudios funcionales y estructurales de una enzima antibacteriana desvelan subdominios de unión y actividad

Un reciente estudio publicado en Acta Crystallographica section D y dirigido por el Dr. Pedro García (Centro de Investigaciones Biológicas Margarita Salas, CIB-CSIC) y el Dr. Mark van Raaij (Centro Nacional de Biotecnología, CNB-CSIC) describe la caracterización estructural y funcional de la lisina del fago JG004 de Pseudomonas aeruginosa, denominada Pae87, como agente antibacteriano.

Las estimaciones más recientes indican que las bacterias resistentes a antibióticos ya causan más de un millón de muertes anuales en todo el mundo. En este sentido, las lisinas fágicas que degradan el peptidoglicano bacteriano son una fuente prometedora de nuevos antimicrobianos, activos frente a bacterias resistentes a antibióticos. La ingeniería de estas lisinas es una estrategia tecnológica con potencial revolucionario para introducir un enfoque más preciso o personalizado en la forma de aplicar la terapia antimicrobiana. Estos esfuerzos de ingeniería de proteínas requerirán, sin embargo, una mejor comprensión de la estructura y la función de las lisinas.

En este artículo se describen estudios bioquímicos, llevados a cabo principalmente por el Dr. Roberto Vázquez del CIB-CSIC, y estructurales, por parte del Dr. Mateo Seoane en el CNB-CSIC, de la lisina Pae87. Estos estudios han demostrado que esta proteína posee una actividad enzimática muramidasa, capaz de degradar por tanto las cadenas glicánicas del peptidoglicano de la pared celular bacteriana, y se han caracterizado los aminoácidos específicos involucrados en dicha actividad catalítica. Sin embargo, la actividad bactericida de Pae87 añadida exógenamente no se asoció a la actividad catalítica, sino a una actividad no enzimática sobre las membranas de las bacterias Gram-negativas, que con toda probabilidad reside en un péptido catiónico y anfipático de la región C-terminal denominado P87. Se ha demostrado, igualmente, que el péptido P87 presenta por sí solo una potente actividad antibacteriana.

La estructura cristalina de alta resolución de Pae87 en complejo con un fragmento de peptidoglicano mostró una región separada de unión a sustrato dentro del propio dominio catalítico. Esta región de unión al sustrato está conservada entre las lisinas relacionadas que carecen de un dominio adicional de unión a la pared celular, pero no entre las que contienen dicho módulo, por lo que puede cumplir una función evolutiva compensatoria.

En definitiva, este estudio analiza varios de los elementos funcionales presentes en la estructura de la lisina Pae87, y pone de relieve que el resultado funcional de este tipo de proteínas emerge de una serie de mecanismos complejos que pueden incluir la colaboración entre diversas actividades dentro de la proteína, sin que la actividad catalítica sea necesariamente la más evidente o la más relevante.

Estos resultados abren el camino para futuros esfuerzos de diseño y obtención de antimicrobianos basados en lisinas fágicas, no solo mediante la modificación de las enzimas completas, sino también derivando pequeños péptidos antimicrobianos de su estructura.

Referencia: Monomodular Pseudomonas aeruginosa phage JG004 lysozyme (Pae87) contains a bacterial surface-active antimicrobial peptide-like region and a possible substrate-binding subdomain. Roberto Vázquez, Mateo Seoane-Blanco, Virginia Rivero-Buceta, Susana Ruiz, Mark J. van Raaij, and Pedro García (2022). Acta Crystallographica section D. http://doi.org/10.1107/S2059798322000936.