Descifran los mecanismos moleculares que regulan el estrés oxidativo en bacterias

Un grupo de investigación del Área de Microbiología liderado por el profesor Luis M. Mateos, en colaboración con un grupo de científicos de la Universidad Libre de Bruselas, ha descrito el mecanismo de acción de una molécula reguladora (denominada OxyR) que actúa como interruptor genético en las bacterias, permitiendo o impidiendo la expresión de otros genes. El trabajo, publicado en la revista 'PNAS', aporta un un conocimiento relevante sobre los procesos que controlan el estrés oxidativo en bacterias y a su vez contribuyen a la comprensión de las posibles causas del envejecimiento celular en los seres vivos, incluidas nuestras propias células.

Los genes que controla esta molécula OxyR –cuyo nombre está relacionado con el oxígeno-, están implicados en la defensa celular frente a radicales libres que se generan a partir de los procesos metabólicos endógenos o a partir de contaminantes ambientales. “En condiciones normales, las células y sus componentes se encuentran en un estado reducido, ambiente óptimo para su correcto funcionamiento, sin embargo, en metabolismos respiratorios (con oxígeno) se suelen generar formas “tóxicas” del oxígeno, los llamados radicales libres o ROS (acrónimo del inglés ‘reactive oxygen species’) que resultan tóxicos para la propia célula”, explica Luis Mariano Mateos, profesor y director del Departamento de Biología Molecular de la ULE (España). Uno de esos radicales libres es el anión peróxido (vulgarmente agua oxigenada), aunque existen otras especies mucho más tóxicas.

Para protegerse de los radicales libres las células producen unas proteínas capaces de degradarlos, entre otras las enzimas desintoxicantes catalasas y peroxidasas. Las sustancias toxicas que inhalamos o ingerimos (agua, alimentos) y que contienen tóxicos como metales pesados, dioxinas, etc.., también generan radicales libres (ROS) en las células, provocando oxidaciones de sus estructuras y un anormal funcionamiento, lo que contribuye al envejecimiento celular. Pues bien, el siguiente paso es buscar cómo detectaría la célula los niveles elevados de radicales libres (ROS) fruto del metabolismo o de contaminación externa. Para ello, y según explican los investigadores del Área de Microbiología de la ULE, “una de las posibilidades es a través del regulador/sensor OxyR, de forma que en presencia del agente tóxico anión peróxido desencadena la síntesis/expresión de las proteínas que luchan contra el peróxido y otros ROS, evitando por lo tanto el envejecimiento celular”.

De izda. a dcha. Luis M. Mateos, Álvaro Mourenza y Alfonso G. de la Rubia. (Foto: DICYT)

En el trabajo publicado en 'PNAS' se utilizó la bacteria Corynebacterium glutamicum como modelo para el estudio del mecanismo de acción del sensor OxyR, y se comprobó que actúa como un regulador que en ausencia de agentes que inducen estrés, impide la síntesis de enzimas desintoxicantes; por el contrario, en presencia de anión peróxido (agua oxigenada) se activa la formación masiva de enzimas catalasas y peroxidasas, entre otras.

Para su estudio se realizaron diferentes construcciones genéticas (gen original oxyR y versiones mutadas) analizando con sus productos de expresión los parámetros cinéticos “in vitro” de las proteínas en diferentes condiciones. Igualmente las distintas versiones del gen oxyR (original y sus mutantes) se introdujeron en C. glutamicum y los diferentes aislados fueron sometidos a análisis “in vitro” para conocer su comportamiento frente a los distintos agentes estresantes.

“La cristalización de varias versiones del regulador OxyR en sus diferentes versiones y bajo diferentes condiciones (oxidado/reducido) nos permitió determinar a nivel atómico su estructura molecular tridimensional y cómo regula la expresión de los genes a partir de las sutiles modificaciones estructurales de OxyR en presencia o ausencia del agente ROS peróxido”, concluye Luis M. Mateos.

El grupo de trabajo de la Universidad de León (ULE) que ha participado en la publicación está conformado por el Luis M. Mateos, los doctorandos Alvaro Mourenza, Alfonso G. De la Rubia y la técnico Laura Marcos-Pascual. El trabajo es parte del proyecto de Tesis de Brandán Pedre, ex alumno de la Licenciatura en Biotecnología y cuyo proyecto de Tesis fue codirigido por los doctores Luis M. Mateos y Joris Messens. La investigación realizada ha estado sufragada por un acuerdo de cooperación entre la Universidad Libre de Bruselas (VUB, Bélgica) a través del Dr. Joris Messens y del proyecto de investigación UXXI2016/00127 sufragado por la ULE. (Fuente: DICYT)