Investigadores han revelado cómo la bacteria Staphylococcus aureus extrae hierro de la hemoglobina, un proceso crucial para su supervivencia durante las infecciones. Utilizando una innovadora técnica de dispersión de rayos X en solución con resolución temporal (TR-XSS), un equipo de investigación del ESRF, el Centro Europeo de Radiación Sincrotrón en Grenoble, Francia, ha identificado la secuencia completa de interacciones entre proteínas durante este «robo» de hierro.
Los hallazgos, publicados en Nature Communications, abren posibilidades para el desarrollo de fármacos que combatan cepas de S. aureus resistentes a los antimicrobianos. Esta bacteria común vive de manera inofensiva en la piel y las fosas nasales de muchas personas, pero ocasionalmente puede atravesar las barreras superficiales y las defensas inmunitarias, especialmente a través de heridas, provocando infecciones cutáneas que pueden derivar en complicaciones como neumonía o sepsis potencialmente mortales.
Se utilizan antibióticos de forma rutinaria para tratar las infecciones causadas por S. aureus, pero algunas cepas están mostrando una resistencia creciente a los medicamentos existentes. Por lo tanto, es prioritario comprender mejor cómo esta bacteria sobrevive y prospera en nuestros cuerpos.
El proceso de «robo» de hierro
El estudio se centró en la dinámica de las interacciones entre la proteína IsdB y la hemoglobina (Hb). Se sabía que IsdB forma un complejo para extraer el componente rico en hierro, conocido como «heme», de la Hb. Para observar este proceso en detalle, los investigadores combinaron la técnica de TR-XSS con mezclas rápidas. Se revelaron detalles sin precedentes gracias al uso de pulsos de rayos X policromáticos cortos (20 μs) y la recolección de datos en la región de dispersión de rayos X de ángulo amplio (WAXS).
El trabajo fue realizado por un equipo de investigación italiano (Universidad de Parma y Universidad de Turín) en colaboración con el científico del ESRF, Matteo Levantino. El equipo desarrolló un modelo cinético capaz de describir todo el proceso de interacción IsdB-Hb y encontró que IsdB extrae el heme solo cuando ambas cadenas de Hb están unidas a IsdB. Desde la perspectiva de S. aureus, esto parece maximizar el rendimiento de extracción. Con este conocimiento, los químicos farmacéuticos pueden buscar desarrollar fármacos que interrumpan el proceso.
“Conocer todo el mecanismo facilita centrarse en un paso específico que podría ser más eficaz para inhibir las interacciones”, afirma Luca Ronda, de la Universidad de Parma y parte del equipo de investigación.
La resistencia a los antimicrobianos sigue siendo una de las principales preocupaciones de salud pública a nivel global, y el Staphylococcus aureus resistente a meticilina (MRSA) ha sido señalado como un patógeno de importancia por la Organización Mundial de la Salud.
La técnica TR-XSS también puede utilizarse para caracterizar sistemas biológicos involucrados en otras enfermedades. Proporciona información estructural útil en el desarrollo de fármacos, no solo en el contexto de la interacción huésped-patógeno, sino también dentro del mismo organismo vivo. Por ejemplo, las reacciones promovidas por enzimas, que son catalizadores biológicos que aceleran la tasa de reacciones en nuestro metabolismo. Otras técnicas, como la espectroscopia óptica y la fluorescencia, se utilizan para estudiar proteínas en diversos contextos, pero tienen limitaciones relacionadas con la sensibilidad a las condiciones específicas de los sondas espectroscópicas, en lugar de a la estructura completa de la proteína. La dispersión de rayos X en solución, por otro lado, es sensible a todos los átomos en una proteína objetivo.
“Si una proteína experimenta un cambio estructural global, no se puede pasar por alto”, señala Levantino.
