Una recerca de la UB revela que el zinc és capaç de modular la virulència del bacteri ʻEscherichia coliʼ

El zinc és capaç de regular l’expressió d’una toxina bacteriana —l’alfa-hemolisina— en el bacteri <i>Escherichia coli</i>, un patogen que causa el 80 % de les infeccions d’orina en els humans.
El zinc és capaç de regular l’expressió d’una toxina bacteriana —l’alfa-hemolisina— en el bacteri Escherichia coli, un patogen que causa el 80 % de les infeccions d’orina en els humans.
Recerca
(25/04/2018)

El zinc és capaç de modular la virulència del bacteri Escherichia coli, un patogen que provoca infeccions dʼorina en els humans, segons un nou treball publicat a la revista Scientific Reports i dirigit pel professor Carlos Balsalobre, de la Facultat de Biologia de la UB. La nova recerca revela per primer cop que el zinc és capaç de regular lʼexpressió de factors de virulència bacteriana —en concret, lʼalfa-hemolisina—, que és una exotoxina produïda per algunes soques patògenes dʼEscherichia coli.

El zinc és capaç de regular l’expressió d’una toxina bacteriana —l’alfa-hemolisina— en el bacteri <i>Escherichia coli</i>, un patogen que causa el 80 % de les infeccions d’orina en els humans.
El zinc és capaç de regular l’expressió d’una toxina bacteriana —l’alfa-hemolisina— en el bacteri Escherichia coli, un patogen que causa el 80 % de les infeccions d’orina en els humans.
Recerca
25/04/2018

El zinc és capaç de modular la virulència del bacteri Escherichia coli, un patogen que provoca infeccions dʼorina en els humans, segons un nou treball publicat a la revista Scientific Reports i dirigit pel professor Carlos Balsalobre, de la Facultat de Biologia de la UB. La nova recerca revela per primer cop que el zinc és capaç de regular lʼexpressió de factors de virulència bacteriana —en concret, lʼalfa-hemolisina—, que és una exotoxina produïda per algunes soques patògenes dʼEscherichia coli.

 

També participen en la recerca la professora Annabel Valledor, de la mateixa Facultat de Biologia, i els joves investigadors de la UB Elsa Velasco, Marianna Sanet, Jorge Fernández Vázquez, Daniel Jové i Estibaliz Glaría, a més dels experts Suning Wang i Thomas V. OʼHalloran, de la Northwestern University (Estats Units).

Cada any es diagnostiquen uns 150 milions de nous casos dʼinfecció dʼorina arreu del món, la majoria dels quals són causats per bacteris. Aquesta patologia, que sovint és recurrent, afecta més les dones i pot generar altres complicacions de salut si no es tracten a temps. Entre un 70 i un 80 % de les infeccions són causades per soques uropatògenes de lʼE. coli, una espècie bacteriana amb una àmplia bateria de factors implicats en la seva virulència (per exemple lʼalfa-hemolisina, una de les toxines bacterianes més ben caracteritzades, amb efectes citotòxics sobre les cèl·lules). En concret, lʼalfa-hemolisina produeix efectes citotòxics sobre les cèl·lules epitelials de la bufeta durant el procés infecciós.
 
Un metall essencial per a la vida i tòxic en altes concentracions

El zinc és un metall pesant que és essencial per a la fisiologia cel·lular. La respiració cel·lular, la replicació de lʼADN i lʼARN, la senyalització intracel·lular i la síntesi proteica són alguns dels processos bàsics per a la vida on el zinc és imprescindible. Ara bé, aquest element és tòxic en concentracions elevades, motiu pel qual la regulació dels nivells de zinc intracel·lular (homeòstasi) és una maquinària finament controlada.

Tal com explica el professor Carlos Balsalobre, del Departament de Genètica, Microbiologia i Estadística de la UB, «el nivell de concentració del zinc a lʼintestí, a lʼorina i en el medi intracel·lular —uns àmbits que colonitza el bacteri E. coli — pot variar en un rang ampli».

«En el cas de lʼintestí, que té altes concentracions de zinc, lʼalfa-hemolisina deixa dʼexpressar-se, i lʼE.coli uropatògena no sol generar infeccions. Ara bé, si disminueix la concentració del metall —per exemple, en el tracte urinari— aquesta toxina passa a expressar-se en grans quantitats. A més, durant el procés infecciós el bacteri també penetra dins les cèl·lules, un medi on les concentracions de zinc poden ser encara més baixes», detalla Balsalobre.

Zinc i alfa-hemolisina: un mecanisme al descobert


Potenciar el creixement bacterià in vitro i en absència de zinc ha estat un dels reptes metodològics més complexos del nou treball. Per això, es va haver dʼeliminar els metalls del medi amb agents quelants i després va afegir-hi els elements bàsics (a excepció del zinc). En paral·lel, la col·laboració amb lʼequip del professor Thomas OʼHalloran, de la Northwestern University, va ser decisiva per poder treballar amb la proteïna Zur purificada.

El zinc sʼuneix al factor de transcripció Zur (zinc uptake regulator) i afavoreix la seva unió a lʼADN (en concret, a la regió promotora dels gens que regula). Tal com explica Elsa Velasco, primera autora del treball, «com a resultat dʼaquesta unió, queda interrompuda la transcripció i, per tant, també lʼexpressió gènica. Així doncs, en presència de zinc, els gens regulats per Zur es troben silenciats. En canvi, en absència de zinc, el factor Zur no es pot unir a lʼADN i els gens regulats per aquest factor de transcripció passen a expressar-se».

Segons la nova recerca, «alguns gens que codifiquen per lʼhemolisina tenen un lloc dʼunió per al regulador Zur a la regió promotora», continua Velasco. «Per això, lʼexpressió gènica dʼaquesta toxina està afectada pels nivells de zinc que hi ha al medi».

Entre el 40 i el 50 % de les soques uropatògenes dʼE. coli són capaces dʼexpressar lʼalfa-hemolisina. Ara bé, no tots els gens relacionats amb la producció de lʼhemolisina responen al zinc. Fins avui, sʼhan identificat dos tipus de gens que participen en la síntesi de lʼalfa-hemolisina en les E. coli uropatògenes. La nova recerca demostra per primer cop que són sistemes regulats dʼuna manera diferent.

Noves estratègies per lluitar contra els bacteris multiresistents


Molts bacteris són imbatibles amb els medicaments coneguts fins ara. Algunes infeccions bacterianes que han estat vençudes durant anys amb els tractaments farmacològics ja no responen als antibiòtics, ni tan sols als més nous. Avui en dia, la resistència bacteriana és una de les grans amenaces per a la salut global, i per això representa també un problema per als pacients afectats per infeccions dʼorina recurrents.

Conèixer amb més detalls els mecanismes de regulació dels factors de virulència de lʼE. coli uropatògena permetrà conèixer millor com actua aquest bacteri durant el procés infecciós (és a dir, quins elements i estratègies fa servir per envair els teixits biològics). El nou treball liderat per la UB aporta noves eines al coneixement per impulsar nous tractaments terapèutics dissenyats de manera específica que ajudin a lluitar contra algunes fases clau del procés infecciós bacterià.