Estudios de los Caminos Evolutivos de la Carbapenemasa NDM

Los compuestos β-lactámicos son los antibióticos más utilizados para el tratamiento de infecciones bacterianas en la clínica. En las últimas décadas la aparición de cepas bacterianas multirresistentes ha aumentado, limitando su uso. El principal mecanismo de resistencia es la expresión de β-lactamasas, enzimas que hidrolizan estos antibióticos. La metalo-β-lactamasa de Nueva Delhi (NDM) es una de las más diseminadas por el mundo y de amplio espectro, siendo capaz de hidrolizar antibióticos de último recurso como los carbapenemes. Para lograr esto requiere de dos iones Zn(II) en su sitio activo. En ausencia de estos metales, la proteína no es activa y es proteolizada en el periplasma. La mayoría de las sustituciones en las 41 variantes naturales proveen ventajas adaptativas frente a la limitación de la disponibilidad de Zn(II) durante una infección. Entre las sustituciones más frecuentes, M154L aumenta la afinidad de la proteína por el Zn(II), y A233V estabiliza a la apo-enzima frente a la acción de proteasas. Resultados preliminares sugieren que la sustitución E152K estabiliza la apo-enzima, de manera similar a A233V, pero es menos frecuente y no se ha encontrado en combinaciones con otras sustituciones. En esta tesina evaluamos posibles caminos evolutivos de NDM a fin de entender los mecanismos de adaptación más relevante en su evolución. A tales fines, se estudiaron los efectos de la sustitución E152K sobre las variantesnaturales con las sustituciones A233V y M154L y se exploraron las características moleculares de las variantes NDM-EA, NDM-EM y NDM-EMA en condiciones de limitación de Zn(II) como sucede durante la respuesta innata del hospedador. Todas presentaron ventajas evolutivas al compararlas con NDM-1, mostrando mejor capacidad de proteger a las bacterias en condiciones de limitación de Zn(II). Esta optimización se da por un aumento de la estabilidad in vivo de la forma apo. Sin embargo, la sustitución E152K mostró tener un efecto negativo sobre la afinidad por el Zn(II) en combinación con las sustituciones M154L y A233V. Esto confirma que las sustituciones presentes en las variantes naturales de NDM tienden a estabilizar la proteína frente a la limitación de Zn(II), aumentando la afinidad por el metal o disminuyendo la susceptibilidad frente a proteasas. La menor frecuencia de aparición de la sustitución E152K con respecto a A233V podría deberse a que la primera disminuye la afinidad por el metal.