Un equipo de científicos de la Universidad Rockefeller en Estados Unidos ha descubierto que la mutación más frecuente que confiere resistencia al antibiótico rifampicina en la bacteria Mycobacterium tuberculosis (Mtb) genera debilidades metabólicas que futuras terapias combinadas podrían aprovechar para combatir la enfermedad, según un estudio publicado en la revista Nature Microbiology.

La investigación, liderada por Jeremy Rock, director del Laboratorio de Biología Huésped-Patógeno de Rockefeller, demuestra que la mutación βS450L ralentiza la ARN polimerasa bacteriana, creando vulnerabilidades específicas que podrían ser objetivo de nuevos tratamientos. "Estamos desarrollando una estrategia para mantenernos por delante de la resistencia a los medicamentos", dijo Rock. "Con terapias combinadas, podríamos explotar el hecho de que una mutación que ayuda a la bacteria a sobrevivir un antibiótico la hace vulnerable a otro", según declaraciones recogidas por la Universidad Rockefeller.

La tuberculosis es la enfermedad infecciosa más mortal del mundo, matando más de un millón de personas cada año, según el estudio. Gran parte del tratamiento moderno de la tuberculosis depende de la rifampicina, un antibiótico que ataca la ARN polimerasa bacteriana, la enzima que transcribe el ADN en ARN y dirige la expresión génica. Al unirse a la subunidad β de la enzima, la rifampicina impide que la bacteria produzca ARN adecuadamente, bloqueando sus funciones más importantes.

"La rifampicina ha sido históricamente parte de la columna vertebral del tratamiento de la tuberculosis", dijo Kathryn Eckartt, estudiante de doctorado en el laboratorio de Rock y ahora investigadora postdoctoral en Weill Medical College. "Así que a medida que la resistencia a la rifampicina hace que este medicamento sea inutilizable, muchas vidas están en peligro", según sus declaraciones.

Vanisha Munsamy-Govender, gerente de laboratorio en el laboratorio de Rock que trabajó previamente con pacientes de tuberculosis y tuberculosis resistente a medicamentos en Sudáfrica, señaló que la amenaza es personal. "Tengo conocimiento de primera mano del impacto devastador que estas infecciones tienen en los pacientes y los sistemas de salud", dijo. "Estas experiencias moldearon mi interés en comprender no solo cómo Mtb desarrolla resistencia, sino también si las mutaciones de resistencia crean vulnerabilidades que podrían ser explotadas", según la Universidad Rockefeller.

Trabajos previos habían sugerido que las mutaciones de resistencia vienen con compromisos evolutivos. Cuando las bacterias mutan para evadir un antibiótico, este cambio puede interrumpir procesos celulares centrales y crear puntos débiles. La mutación de resistencia a rifampicina más común en Mtb, βS450L, ilustra este principio: Elizabeth Campbell y Seth Darst demostraron que bloquea la unión del medicamento a la ARN polimerasa, mientras que el trabajo de Rock con Campbell reveló que la enzima alterada también funciona más lentamente, pausando, deteniéndose o terminando prematuramente la transcripción con frecuencia. Las bacterias que portaban esta mutación también eran particularmente sensibles a interrupciones en otros 150 genes, según el estudio.

Pero los investigadores no podían esperar explotar estas vulnerabilidades hasta que comprendieran su causa raíz. Si las vulnerabilidades eran simplemente un efecto secundario de las bacterias mutantes lentas, serían difíciles de atacar. Pero si eran impulsadas directamente por la enzima mutante que cambiaba fundamentalmente cómo la bacteria transcribe su material genético, eso podría proporcionar un plan específico y mecanicista para nuevos medicamentos.

"La ciencia básica nos da las herramientas para entender qué está cambiando en este tipo de situaciones. Esperábamos que pudiéramos usar ese conocimiento para informar el desarrollo de medicamentos que ataquen debilidades únicas de estas mutaciones", dijo Eckartt, según la fuente.

Para el estudio, parcialmente apoyado por el Instituto SNF de Investigación de Enfermedades Infecciosas Globales de Rockefeller y realizado en colaboración con el Laboratorio de Biofísica y Bioquímica a Nanoescala de Shixin Liu, el equipo comparó βS450L, que ralentiza la ARN polimerasa, contra otras dos mutaciones comunes de resistencia a rifampicina que tienen el efecto opuesto y en cambio producen una ARN polimerasa rápida y resistente a pausas. Al comparar estas mutaciones distintas, el equipo demostró que las graves responsabilidades metabólicas vistas en βS450L están específicamente vinculadas a su maquinaria de transcripción lenta, no un mero efecto secundario, según el estudio.

Importantemente, incluso las dos mutaciones rápidas produjeron perfiles de vulnerabilidad distintos entre sí, subrayando también que la resistencia a antibióticos no es un fenómeno único para todos. "No todas las mutaciones de resistencia a rifampicina se comportan de la misma manera", dijo Munsamy-Govender. "Las terapias futuras pueden necesitar tener en cuenta las mutaciones de resistencia específicas presentes en una infección", según declaraciones recogidas por la Universidad Rockefeller.

Investigando más a fondo, el equipo encontró que las bacterias que portan βS450L se vuelven inusualmente dependientes de vías involucradas en la producción de tiamina y aminoácidos de cadena ramificada. Finalmente rastrearon esta dependencia a la ARN polimerasa propensa a pausas del mutante, que interrumpió una secuencia reguladora de ARN posicionada antes del gen ilvB1. Bajo condiciones normales, esta secuencia actúa como un interruptor molecular que detecta niveles de nutrientes y determina si la transcripción continúa para que las bacterias puedan producir más IlvB1, una enzima necesaria para crear nuevos aminoácidos bajo estrés. En bacterias βS450L, la ARN polimerasa a menudo se detendría o apagaría en este punto de control regulatorio, impidiendo que Mtb active la vía cuando los nutrientes escasean. Los investigadores sugieren que el defecto representa un colapso regulatorio más amplio, según el estudio.

Los investigadores predijeron que Mtb con la mutación βS450L sería por lo tanto particularmente vulnerable a interrupciones en la vía ilvB1. Para probar esto, expusieron las bacterias a cloroflavonina, un compuesto que ataca específicamente la enzima IlvB1. Como se esperaba, el mutante βS450L demostró ser mucho más sensible al medicamento que las cepas resistentes a rifampicina más rápidas. El hallazgo es especialmente notable porque IlvB1 ya se considera un objetivo prometedor para medicamentos contra la tuberculosis, según la fuente.

"Demostramos que la mutación de resistencia a rifampicina más común hace más que simplemente ayudar a la bacteria a evadir antibióticos: crea nuevas debilidades", dijo Munsamy-Govender. "Explorar estos compromisos podría ayudar a guiar el desarrollo de terapias combinadas diseñadas no solo para tratar la tuberculosis, sino también para limitar la aparición y persistencia de la resistencia a medicamentos en sí misma", según sus declaraciones.

Aunque el trabajo apunta hacia una nueva estrategia prometedora para confrontar la tuberculosis multirresistente, los investigadores advierten que permanece en una etapa temprana. El compuesto de cloroflavonina usado en el estudio aún no es adecuado como tratamiento, y se necesitará trabajo adicional sustancial para determinar si estas vulnerabilidades pueden ser explotadas de manera segura y efectiva en pacientes, según el estudio.

"Pero nuestro trabajo muestra que si entendemos la biología lo suficientemente profundamente, el descubrimiento de medicamentos puede construir sobre ese entendimiento para diseñar terapias combinadas racionales para la tuberculosis", dijo Rock, según la Universidad Rockefeller.