Científicos del CSIC descifran un mecanismo de ataque de la principal bacteria que causa la periodontitis

Un equipo liderado por científicos del Instituto de Biología Molecular de Barcelona del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (IBMB-CSIC) ha descifrado un mecanismo de ataque de la principal bacteria causante de la periodontitis grave. El Prof. Francesc Xavier Gomis-Rüth, investigador del IBMB-CSIC y uno de los líderes del trabajo, nos explica las claves de este trabajo de investigación básica que podría servir para el desarrollo de antisépticos bucales específicos que consigan acabar con esta bacteria. 

El Instituto de Biología Molecular de Barcelona (IBMB) es un instituto de investigación básica del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) dedicado a las ciencias de la vida, en concreto a biología molecular y celular. El IBMB está dividido en cuatro departamentos, entre los que se encuentra el Departamento de Biología Estruc- Científicos del CSIC descifran un mecanismo de ataque de la principal bacteria que causa la periodontitis tural, en el que los ocho grupos constituyentes estudian los mecanismos moleculares de procesos fisiológicos y patogénicos con técnicas bioquímicas, biofísicas, computacionales y estructurales. “En el Proteolysis Laboratory nos dedicamos a estudiar enzimas proteolíticos, sus zimógenos e inhibidores, así como procesos fisiopatológicos de la interfaz huésped-microbioma”, explica Francesc Xavier Gomis-Rüth, investigador del IBMB-CSIC y uno de los responsables de una investigación, recientemente publicada en la revista PNAS, que ha logrado descifrar un mecanismo de ataque de la principal bacteria causante de la periodontitis grave, una enfermedad que afecta a las encías. Este estudio, que podría servir para el desarrollo de antisépticos bucales específicos que consigan acabar con esta bacteria, es un ejemplo de los proyectos que llevan a cabo desde el Departamento de Biología Estructural del IBMB-CSIC, ya que se trata de una investigación centrada en “el estudio de un sistema de secreción, el de tipo 9 (T9SS), empleado por la bacteria periodontopatogénica Porphyromonas gingivalis, que reside en surcos gingivales y es causante directa de la periodontitis, para enviar moléculas al medio a través de la membrana exterior de la bacteria y con ello subvertir las defensas del huésped y garantizar su supervivencia en un entorno muy hostil”, detalla el Prof. Gomis-Rüth. 

Alteraciones en la composición del microbioma oral 

El microbioma bucal humano está formado por más de 6.000 millones de bacterias de más de 770 especies, que son mayoritariamente comensales o mutualistas y contribuyen al mantenimiento de la homeostasis y la buena salud oral. Sin embargo, una dieta inadecuada y una higiene insuficiente pueden conducir a alteraciones en la composición del microbioma y al crecimiento desmesurado de especies patogénicas y oportunistas, que sobrepasan en número a las especies beneficiosas y toman el control del microbioma oral. Esto conduce, a su vez, a la aparición de caries y periodontitis, que en los casos más graves desemboca en inflamación crónica y destrucción del tejido. 

Se estima que entre el 5% y el 20% de los adultos y hasta el 40% de los seniors en Europa padecen periodontitis, según cifras de la OMS, y que cerca de un 30% de la población europea de entre 65 y 74 años ha perdido todos los dientes por esta causa. 

Proteínas que participan en el ataque 

Los investigadores han descubierto un elemento clave del sistema de secreción de los factores de virulencia de la bacteria Porphyromonas gingivalis, una especie patogénica del microbioma bucal humano. Esta bacteria tiene un sistema de secreción (denominado T9SS) para enviar proteínas (conocidas en lenguaje científico como proteínas de cargo) al medio que la rodea, el tejido gingival que protege los dientes. 

Estas proteínas producidas por P.gingivalis participan en la virulencia de las bacterias, la inflamación de las encías y la destrucción de tejido y, en última instancia, en la pérdida de piezas dentales en caso de periodontitis grave. El sistema de secreción estudiado por los científicos, el T9SS, tiene una enzima clave, denominada PorU, que ejecuta dos pasos esenciales para que las proteínas cargos puedan ser secretadas de forma provechosa para la bacteria. 

Uno de los elementos clave del T9SS es, tal y como explica el Prof. Gomis-Rüth, la proteína PorU “que realiza la función doble de escindir la señal de secreción, que poseen todos los cargos del T9SS para poder ser reconocidos por este y ser secretados, y añadir un lipopolisacárido que permita a una fracción de estos cargos ser anclados a la membrana exterior de la bacteria. Estas funciones son potencialmente dañinas para la bacteria, por lo que deben ser reguladas de forma muy escrupulosa”. En este sentido, añade que “en este trabajo conseguimos determinar que la regulación de PorU viene dada por homodimerización en el periplasma y que la forma activa, el monómero, no se observa hasta que la proteína se encuentra en la superficie, una vez secretada ella misma por el T9SS. Por técnicas de cristalografía de proteínas empleando radiación del sincrotrón ALBA en Catalunya conseguimos determinar la estructura dimérica del complejo PorU, en el que un “latency loop” (lazo de latencia) era el responsable de mantener la estructura inactiva”. 

En colaboración con la Universidad Jaguelónica de Cracovia (Polonia), la Universidad de Tesalia (Grecia) y la Universidad de Louisville (EEUU), los científicos del Departamento de Biología Estructural del IBMB-CSIC han resuelto la estructura de la enzima PorU y han desvelado su mecanismo de actuación. 

A modo de conclusión, el Prof. Gomis-Rüth destaca que “hemos podido determinar que una estrategia de dimerización, un tipo de reacción química, de la enzima PorU proteína es la responsable de regular su actividad, reprimiéndola hasta que llega a la membrana exterior de la bacteria, donde se asocia a un complejo de ensamblaje que permite la secreción de las proteínas cargos”. Dado que la enzima PorU solo se encuentra en especies bacterianas, el conocimiento de su estructura y función podría servir para el desarrollo de antisépticos bucales (cremas dentales o colutorios) específicos contra P. gingivalis y, con ello, contra la periodontitis. 

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También puede consultar el número 64 de DM El Dentista Moderno