Un equipo multidisciplinar de investigadores del European Molecular Biology Laboratory (EMBL), en Hamburgo, Alemania, y del Technion (Instituto Tecnológico de Israel), en Haifa, ha resuelto la estructura molecular en 3D del péptido uperin 3.5, que se secreta en la piel del sapo australiano Uperoleia mjobergii como parte de su sistema inmunológico para eliminar las bacterias.
La profesora Meytal Landau, del Technion, ha coordinado este equipo de científicos que descubrió cómo esta molécula se autoensambla en una estructura fibrosa única que, a través de un sofisticado mecanismo de adaptación estructural, puede cambiar su forma en presencia de bacterias para proteger al sapo de infecciones. En este equipo de la profesora Landau ha participado también la española Isabel Usón, del Instituto de Biología Molecular del CSIC en Barcelona.
Este hallazgo, publicado en PNAS, proporciona evidencia única a nivel atómico que explica un mecanismo de regulación de un péptido antimicrobiano.
Las fibrillas antibacterianas de la piel del sapo tienen una estructura que recuerda a las fibrillas amiloides, que son un sello distintivo de las enfermedades neurodegenerativas, como el mal de Alzheimer y el Parkinson.
Sofisticado mecanismo del sapo inducido por bacterias atacantes
Aunque las fibrillas amiloides se han considerado patógenas durante décadas, recientemente se ha descubierto que algunos tipos pueden beneficiar a los organismos que las producen, desde humanos hasta microbios. Por ejemplo, determinadas bacterias producen estas fibrillas para combatir las células inmunitarias humanas.
Para la profesora Landau, estos hallazgos sugieren que el péptido antibacteriano secretado en la piel del sapo se autoensambla en una configuración inactiva en forma de fibrillas de amiloide altamente estables, que se conoce como una conformación cruzada-β.
Estas fibrillas sirven como depósito de moléculas atacantes potenciales que se pueden activar cuando hay bacterias presentes. Una vez que el péptido encuentra la membrana bacteriana, cambia su configuración molecular a una forma cruzada-α menos compacta, y se transforma en un arma mortal.
“Este es un mecanismo protector sofisticado del sapo -explica Meytal Landau-, inducido por las propias bacterias atacantes. Es un ejemplo único de un diseño evolutivo de estructuras supramoleculares intercambiables para controlar la actividad”.
Como los péptidos antimicrobianos se encuentran en todos los reinos de la vida, los científicos plantean la hipótesis de que se usan comúnmente como armas en la naturaleza y, ocasionalmente, son efectivos para acabar no solo con bacterias, sino también con células cancerosas.
Además, las propiedades únicas de tipo amiloide del péptido antibacteriano del sapo australiano, descubiertas en este estudio, arrojan luz sobre las posibles propiedades fisiológicas de las fibrillas amiloides asociadas con trastornos neurodegenerativos y sistémicos.
Así, los investigadores creen que su hallazgo se puede traducir en aplicaciones médicas y tecnológicas, por ejemplo, el desarrollo de péptidos antimicrobianos sintéticos que se activarían solo en presencia de bacterias.
Los péptidos sintéticos de este tipo también podrían servir como recubrimiento estable para dispositivos médicos o implantes, así como en equipos industriales que requieran condiciones estériles.
Estudio de los amiloides funcionales
A pesar de su juventud, la profesora Meytal Landau es una reconocida especialista en biología del desarrollo y en neurobiología gracias a su formación con el profesor Nir Ben-Tal, de la Universidad de Tel-Aviv, y con el profesor David Eisenberg, de la Universidad de California en Los Ángeles, entre otros.
Actualmente, en su laboratorio del Technion, Landau trabaja para determinar las características estructurales de péptidos y proteínas que forman amiloides funcionales. Se trata de agregados de proteínas, tanto oligómeros como fibras insolubles, que cumplen funciones específicas para el organismo.
La comprensión mecanicista de sus actividades se ha visto obstaculizada debido a su naturaleza parcialmente desordenada y la falta de estructuras de alta resolución. Para cerrar esta brecha de información, el equipo de esta investigadora estudia los segmentos de la columna amiloide, que se demostró que recapitulan estas propiedades de sus proteínas originales en amiloides humanos, involucrados en enfermedades.
Es importante destacar que estos segmentos de la columna son susceptibles de determinación de la estructura mediante microcristalografía de rayos X. A largo plazo, su objetivo es desentrañar la estructura y los principios mecanicistas de amiloides específicos, sus funciones en la fisiología y en la salud y la enfermedad humanas.
