La ciencia explica por qué la penicilina hace que estallen las células bacterianas

Aunque la penicilina se descubrió hace casi un siglo, los científicos siguen aprendiendo cómo el fármaco hace que las células bacterianas estallen como si fueran un globo hinchado.

S. pneumoniae puede colonizar las vías respiratorias, los conductos nasales y paranasales de las personas sanas sin causar problemas. Pero en las personas con un sistema inmunitario débil, la bacteria puede causar enfermedades. Crédito: Foto de Manu5/CC BY-SA 4.0

Ahora, en un estudio sobre la bacteria causante de la enfermedad Streptococcus pneumoniae, los investigadores han descubierto un conjunto de moléculas que intervienen en el estallido inducido por la penicilina. «Por fin estamos obteniendo pistas mecánicas sobre cómo la penicilina y los fármacos afines provocan la explosión de las células bacterianas», afirma el investigador del Instituto Médico Howard Hughes Thomas Bernhardt, microbiólogo de la Facultad de Medicina de Harvard (HMS). Él y sus colegas informan del trabajo el 9 de abril de 2019 en la revista eLife.

Esperan que su hallazgo ayude a los científicos a desarrollar nuevos antibióticos para eliminar las bacterias que se han vuelto insensibles a los medicamentos actuales.

La penicilina es parte de una clase de medicamentos llamados betalactámicos, que son los antibióticos más utilizados en el mundo. Pero, a través de errores «afortunados» cometidos en su ADN, las bacterias están adquiriendo cada vez más formas de frustrar estos fármacos, dice el microbiólogo del HMS y coautor del estudio, David Rudner. En 2015, por ejemplo, los Centros para el Control y la Prevención de Enfermedades informaron de que alrededor del 30% de las infecciones por S. pneumoniae eran bacterias resistentes a los medicamentos.


Una forma de diseñar nuevos antibióticos es conocer mejor la cadena de acontecimientos moleculares que inician los actuales. Desde 1928, cuando Alexander Fleming descubrió accidentalmente la penicilina, los científicos han aprendido que los betalactámicos hacen que las bacterias exploten bajo la fuerza del flujo de entrada de agua. Las bacterias a las que se dirigen estos fármacos están rodeadas de dos barreras al mundo exterior: una membrana interna aceitosa y una pared celular externa más rígida. Si la pared celular es débil, el agua entra y hace que las células se hinchen y revienten.

Cuarenta años después del descubrimiento de la penicilina, los científicos descubrieron y dieron nombre a las moléculas que obstaculiza: las proteínas de unión a la penicilina, que pegan los ladrillos moleculares de las paredes celulares. Más tarde, descubrieron que no basta con detener la construcción de la pared celular para que S. pneumoniae estalle; también es necesaria la actividad de una encima de remodelación llamada LytA.

LytA es como un martillo que rompe partes de la pared celular. Normalmente, esta rotura permite a las células crecer y dividirse. Pero si la enzima «trabaja en exceso», dice Bernhardt, puede hacer que las células estallen. Así que, razonó, debe haber algo que mantenga el trabajo de remodelación de LytA bajo control.

Las S. pneumoniae estallan cuando su crecimiento es detenido por antibióticos como la penicilina o cuando se quedan sin nutrientes, como se muestra aquí. Crédito: Josué Flores-Kim y Andrew Fenton

Flores-Kim explica que TacL ayuda a fabricar una molécula en forma de cadena que reside en la membrana celular. Una molécula similar reside en la pared celular. Estas dos moléculas actúan como imanes que compiten con LytA, dice Rudner. Normalmente, el imán de la membrana mantiene a LytA pegada a la membrana celular, lejos de la pared. Pero si TacL se elimina -o se degrada, como ocurre tras el tratamiento con penicilina- el imán basado en la pared se impone: LytA (y su poder de martilleo) se traslada a la pared celular. Allí, sin impedimentos, la enzima produce un daño estructural importante, permitiendo que el agua se filtre y haga estallar la célula.

«El hallazgo de que TacL es necesaria para evitar que las bacterias exploten sugiere que sería un buen objetivo antibiótico», dice Bernhardt. «Si podemos bloquear su actividad con un fármaco, las células estallarán». Es más, como muchas bacterias producen «imanes» moleculares similares, el equipo cree que sus resultados podrían aplicarse también a una serie de otras bacterias causantes de enfermedades.

Referencia: Josué Flores-Kim, et al., “A switch in surface polymer biogenesis triggers growth-phase-dependent and antibiotic-induced bacteriolysis.” eLife 8. (April 9, 2019). doi: 7554/eLife.44912.001

Redacción