Bacterias persistentes cómo los estafilococos entran al organismo

Patógenos comunes: cómo se acumulan los estafilococos en el cuerpo.

Investigadores alemanes han descifrado el mecanismo físico por el cual un patógeno común se une a su molécula objetivo en el cuerpo humano. Los nuevos hallazgos son cruciales para controlar tales bacterias..

Leyes de la fisica

Las bacterias han desarrollado estrategias sofisticadas para establecer y multiplicarse en sus hospedadores. El papel desempeñado por las leyes de la física se muestra en un estudio publicado en la revista "Science". Utilizando el ejemplo de los estafilococos, el equipo de investigación ha investigado la extraordinaria persistencia mecánica de las bacterias en la unión de proteínas a las moléculas diana de su huésped. Los científicos han logrado decodificar el mecanismo físico mediante el cual el patógeno se adhiere a su molécula objetivo. Además, representan el proceso con una precisión de detalles sin precedentes..

Los investigadores pudieron descifrar el mecanismo físico mediante el cual un patógeno común se une a su objetivo en el cuerpo humano. Los nuevos hallazgos podrían contribuir al desarrollo de nuevas terapias. (Imagen: Alexander Raths / fotolia.com)

Los estafilococos son la causa de muchas enfermedades infecciosas

"Los estafilococos son la causa de muchas enfermedades infecciosas en humanos y animales. Pueden causar intoxicación por alimentos y enfermedades infecciosas ", explica el Instituto Federal de Evaluación de Riesgos (BfR) en su sitio web..

"A menudo causan infecciones purulentas en las heridas y otras infecciones purulentas en los humanos". Por ejemplo, las bacterias a menudo son responsables de la inflamación en la nariz..

Los estafilococos también pueden conducir al llamado síndrome de shock tóxico..

Los expertos en salud están especialmente preocupados por las cepas resistentes a múltiples fármacos, como el Staphylococcus aureus resistente a la meticilina (SARM), que a menudo son resistentes a los antibióticos.

Insights que antes no eran posibles

Como parte del estudio actual, Lukas Milles y el profesor Hermann Gaub de la Facultad de Física de la Universidad Ludwig-Maximilians (LMU) de Munich, en colaboración con investigadores de la Universidad de Illinois (EE. UU.), Tienen las fuerzas físicas entre una proteína de adhesión de patógeno y su molécula objetivo humana Medida en la molécula única in vitro mediante microscopía de barrido..

Además, han calculado la interacción de todos los átomos involucrados en una supercomputadora particularmente poderosa, dice en una declaración.

"Este cambio de paradigma proporciona información que antes no era posible", dice Gaub. Por ejemplo, en la supercomputadora Blue Waters en Illinois, una de las computadoras más fuertes del mundo con 900,000 procesadores, se ejecutaron simulaciones de dinámica molecular paralela para descifrar la compleja interacción.

La fuerza con la que el patógeno se une a su molécula objetivo sorprendió a los investigadores: "La fuerza de unión mecánica de un solo complejo receptor-ligando alcanzó una fuerza de más de dos nanoneewtons. Esta es una estabilidad extraordinaria comparable a la fuerza de los enlaces covalentes entre los átomos, las fuerzas moleculares más fuertes que conocemos ", explica Gaub..

La bacteria utiliza un mecanismo inusual.

El estudio muestra que la proteína de adhesión de la bacteria, gracias a su geometría, incrusta la molécula diana en una red de enlace de hidrógeno que está dominada por el esqueleto peptídico en lugar de por sus cadenas laterales..

Bajo la fuerza de innumerables interacciones locales pequeñas, estos enlaces se vuelven rígidos en una geometría cooperativa de corte, como se llama el principio físico subyacente.

"Esta geometría puede soportar fuerzas extremas porque todos los enlaces deberían romperse en paralelo para separar el objetivo", dice Milles..

Una analogía simplificada es dos tiras de velcro que son difíciles de separar cuando se tiran de los extremos opuestos.

"La bacteria usa un mecanismo inusual, pero es muy sofisticada y le otorga ventajas decisivas", dijo Gaub..

Dado que el mecanismo se centra en el esqueleto peptídico, que es similar para cada proteína, se puede lograr una alta estabilidad para un amplio espectro de péptidos diana.

Por lo tanto, la fuerza física extrema del sistema es en gran medida independiente de la secuencia y las propiedades bioquímicas del objetivo.

Fundamentos para el desarrollo de nuevas terapias.

"Las bacterias enfermas se adhieren a las moléculas objetivo de sus huéspedes con una persistencia mecánica excepcional", explica Gaub.

"Comprender los mecanismos físicos que subyacen a esta adherencia obstinada a nivel molecular es fundamental para luchar contra estos invasores", dijo el experto..

De este modo, el estudio sentó las bases para el desarrollo de nuevas terapias para las infecciones con estafilococos. (Ad)