Estudio del impacto de la limitación de Zn(II) en Acinetobacter baumannii frente a la expresión de Metalo-β-Lactamasas

Abstract

La resistencia a los antibióticos representa una de las mayores amenazas actuales para la salud pública. En este contexto, Acinetobacter baumannii emerge como un patógeno difícil de tratar debido a su capacidad para persistir en el ambiente hospitalario y acumular múltiples mecanismos de resistencia. Las cepas de A. baumannii resistentes a carbapenemes, antibióticos β-lacta micos de ultima generación, son cada vez más frecuentes y se asocian a elevadas tasas de mortalidad. El mecanismo de resistencia a carbapenémicos más problemático lo constituyen las metalo-β-lactamasas (MBLs), enzimas periplasmáticas dependientes de zinc(II) que hidrolizan antibióticos β-lacta micos. Entre ellas, la MBL de Nueva Delhi (NDM) posee la mayor diseminación global y capacidad para adaptarse a distintos patógenos. En los últimos años, se han reportado globalmente múltiples brotes de A. baumannii portadora de NDM-1, una combinación que reduce drásticamente las opciones terapéuticas. Durante una infección, el sistema inmune impone una severa restricción de metales esenciales. La escasez de zinc(II) impuesta por neutrófilos en el sitio de infección provoca que las MBLs pierdan su cofactor metálico en el periplasma, inactivándose. En Escherichia coli, esto conduce a la degradación de NDM por un sistema proteolítico bacteriano específico, lo que ha impulsado la selección de variantes de NDM más tolerantes a limitación de zinc(II). Dado que se desconoce cómo A. baumannii lidia con la expresión y mantenimiento de NDM bajo estas condiciones, en este trabajo se estudió la adaptabilidad de NDM a A. baumannii bajo limitación de zinc(II). En conjunto, este trabajo demuestra que la resistencia mediada por MBLs no es solo una propiedad intrínseca de la enzima, sino el resultado de su interacción con el hospedador bacteriano y las condiciones ambientales. Además, aporta la caracterización del sistema proteolítico involucrado en la degradación de NDM en A. baumannii, remarcando diferencias en los periplasmas de distintos hospedadores bacterianos que podrían moldear la evolución de esta enzima. Finalmente, resalta la importancia de estudiar la resistencia en su contexto específico, lo que podría permitir explotar factores propios del hospedador para contrarrestar la resistencia mediada por MBLs. En primer lugar, se comparó la resistencia a carbapenémicos mediada por MBLs en A. baumannii versus otros patógenos bacterianos y enzimas, frente a limitación de zinc(II). El análisis de resistencia evidencio que A. baumannii expresando MBLs es el hospedador más sensible a la limitación de zinc(II). Además, el análisis de la estabilidad periplasmática de MBLs en distintos patógenos revelo que NDM-1 es particularmente inestable en el periplasma de A. baumannii ante limitación de zinc(II). Para identificar las proteasas responsables de la degradación de NDM-1 en A. baumannii, se generaron mutantes inactivas en homólogos a las proteasas identificadas en E. coli (Prc y DegP), y en la proteasa del carboxilo terminal CtpA en A. baumannii. Se encontró que CtpA y DegP son las principales proteasas responsables de la degradación de NDM-1 en A. baumannii. Este resultado revela sistemas proteolíticos diferenciales a los que se enfrenta NDM en sus hospedadores bacterianos. Luego se evaluó el comportamiento de variantes clínicas de NDM en el periplasma de A. baumannii en comparación con E. coli. Ensayos de estabilidad, resistencia y costo en la aptitud biológica revelaron comportamientos diferenciales de las variantes en función del hospedador. Particularmente, NDM-5 (NDM-1 V88L/M154L), la variante más prevalente en Argentina, presento la mayor resistencia y estabilidad bajo limitación de zinc(II) en A. baumannii, con bajo costo en la aptitud. Esto revela ventajas adaptativas de ciertas combinaciones enzimapatógeno que pueden ser seleccionadas en la clínica. Finalmente, se evaluó el impacto funcional de NDM-1 sobre la fisiología de A. baumannii bajo limitación de zinc(II), integrando análisis transcriptómicos con validaciones funcionales. Se observó que la expresión de NDM-1 induce una reprogramación transcripcional significativa que se intensifica bajo limitación de zinc(II). En particular, NDM-1 induce la expresión de sistemas de captación de Fe(III) en A. baumannii, afectando la capacidad de la cepa para internalizar el antibióticosidero foro cefiderocol. Adicionalmente, se demostró que la hidrólisis de este fármaco por NDM-1 permite a la bacteria utilizarlo como fuente de Fe(III).