Pipipiyipipi, una alarmona implicada en la resistencia a los antibióticos

Ruta de la persistencia. (1) La fosforilación de GltX por la toxina bacteriana HipA provoca el bloqueo de GltX al añadir un aminoácido al RNA transferente (tRNA). (2) El tRNA sin cargar obstruye la maquinaría de síntesis de proteínas. (3) Esto lleva a la producción de una alarmona, la guanosina pentafosfato (en inglés se dice pipipiyipipi, lo cual en los seminarios es un auténtico cachondeo) [pppGpp] sintetizada por RelA. (4) y el bloqueo de las actividades celulares subsiguientes.

En cualquier colonia de bacterias, de por ejemplo, un millón de células, hay al menos uno o dos bacterias individuales que resistirán un ataque salvaje por antibióticos. Este fenómeno, identificado en los años 40 del siglo pasado se llamó persistencia o tolerancia a los antibióticos. Al contrario que la resistencia a los antibióticos, la cual tiene que ver con una alteración genética que convierte a la bacteria en invulnerable a los antibióticos, la persistencia se deriva de una especie de sueño celular. ¿Qué origina esto?. Si la célula tiene parada sus actividades celulares normales entonces el antibiótico no funciona ya que normalmente los antibióticos lo que hacen es bloquear procesos normales de la célula como la traducción o la transcripción.

Las bacterias capaces de persistir tienen que vérselas con un duelo de proteínas, una toxina y una antitoxina. La toxina fuerza a la célula a entrar en un estado de persistencia y la antitoxina revierte la inhibición y revive la célula. hipA fue el primer gen que codifica una toxina en E. coli y su inducción puede parar la replicación, la transcripción y la traducción. Hace unos años, Richard Brennan, hoy en la Universidad de Duke, y sus colegas publicaron la primera prueba de que HipA actua fosforilando la traducción del factor EF-Tu, parando la síntesis proteica. Pero según Nikolav Zenkin, un biólogo molecular en la Universidad de Newcastle, cree que estos resultados no eran consistentes con algunas observaciones previas en estudios sobre los efectos de HipA en la transcripción y la replicación, así que "Empezamos a cavar más hondo" según Zenkin.

Zenkin y sus colegas lo que hicieron fue sobreexpresar varios genes para encontrar aquellos que afectasen a hipA, y lo encontraron, resultó ser el gen gltX. Las bacterias que sobreexpresaban gltX continuaban creciendo como si nada a pesar de la presencia de HipA. Seguún Zenkin, "Ahora si todo encaja". Resulta que este gen codifica una proteína llamada glutamil-tRNA sintetasa que es importante para la síntesis proteica.

GltX facilita la traducción proteica añadiendo un aminoácido al ARN transferente (tRNA). El equipo de Zenkin demostró que la superproducción de HipA "in vivo" lleva a la fosforilación de GltX, e "in vitro" esta fosforilación por HipA bloquea la adicción de aminoácidos al tRNA mediada por GltX. "Creo que GltX es un blanco, pero no estoy convencido de que sea el único blanco ha dicho Brennan, el competidor de Zenkin.

Lo mismo que el factor de transcripción EF-Tu, GltX está implicado en la traducción, pero el equipo de Zenkin propone un mecanismo por el cual esta ruta también bloquea la transcripción y la replicación: cuando GltX se fosforila por HipA, los tRNA sin cargar bloquean el ribosoma (normalmente lo que harían es entrar en el ribosoma con aminoácidos y ayudar en la construcción de las proteínas de nueva síntesis). El atasco de tRNAs estimula la producción de pipipiyipipi [pppGpp] (me encanta pronunciarlo en inglés) "Esto desencadena una gran cascada de eventos que finalmente lleva a la detención de procesos esenciales en la célula como la replicación, transcripción lo que lleva a la célula a un estado de latencia" dice Zenkin. Para sostener esta hipótesis lo que hicieron fue eliminar proteínas implicadas en la formación de pipipiyipipi y encontraron que al no formarse esta alarmona la persistencia disminuía considerablemente. Mientras estos hallazgos ayudan a explicar cómo funciona la persistencia bacteriana no ayudan a hacer que los antibióticos sean más efectivos "El problema es que en E. coli hay otras 12 toxinas, algunos investigadores dirían que mas" dice Zenkin, "Ya te puedes imaginar que pudieses inactivarlas todas ellas al mismo tiempo".

Referencia: E. Germain et al., “The molecular mechanism of bacterial persistence by HipA,” Molecular Cell, 52:248-54, 2013.