Se descubre un objetivo potencial para tratar y diagnosticar la enfermedad de Lyme
Tanner DeHart y Brandon Jutras son dos de los investigadores que descubrieron esta propiedad bacteriana única. Foto de Alex Crookshanks para Virginia Tech. Crédito: Virginia Tech
No es necesario ir muy lejos para encontrar garrapatas. Solo sal y busca un poco de hierba. Mire hacia la parte superior de la hoja verde brillante, generalmente a la altura del tobillo. Una garrapata podría estar allí, esperando.
Si algo que respira roza la hierba, la garrapata toma algo similar a una aguja llamado hipostoma, que tiene docenas de púas de anzuelos de pesca, y lo inserta en la piel. Si pasa desapercibida, la enfermedad de Lyme podría transferirse a su huésped después de unas 24 horas de alimentación.
Los investigadores de Virginia Tech descubrieron que la bacteria que causa la enfermedad de Lyme tiene una modificación muy inusual en sus bagits moleculares protectores de peptidoglicano, que es común a todas las bacterias.
El cambio en esta bacteria no tiene precedentes: es una modificación inusual del azúcar que no se sabe que ocurra en ningún organismo. Una forma en que la bacteria obtiene esta modificación del azúcar es de las garrapatas al absorber un carbohidrato exclusivo de las garrapatas. La alteración es específica de las garrapatas y permite que la bacteria se mueva mejor y sea más probable que cause enfermedades.
«Creemos que este cambio es fundamental para la forma en que la bacteria causa enfermedades y es algo que podemos aprovechar para ambos fines terapéuticos y de diagnóstico», dijo Brandon Jutras, profesor asistente de Bioquímica en la Facultad de Agricultura y Ciencias de la Vida y profesor afiliado del Instituto de Ciencias de la Vida Fralin y el Centro de Patógenos Emergentes, Zoonóticos y Transmitidos por Artrópodos.
Los hallazgos se publicaron recientemente en Nature Microbiology, y la investigación es el resultado de cuatro años de trabajo sobre las garrapatas y la enfermedad de Lyme, por lo que Jutras ha sido ampliamente alabado.
«Participar en esta investigación fue la experiencia más atractiva y gratificante de mi carrera académica en Virginia Tech», dijo el autor principal Tanner DeHart ’20 y ’21, quien obtuvo su licenciatura y maestría en bioquímica en Virginia Tech y ahora es Ph.D. estudiante en la Universidad de Harvard. «Esta oportunidad me permitió perfeccionar mi conjunto de habilidades científicas, desarrollarme como un investigador más independiente y obtener experiencia de primera mano con muchas técnicas y diseños experimentales».
Durante las últimas dos décadas, los Estados Unidos ha experimentado un aumento espectacular tanto en el número de casos notificados como en la distribución geográfica de la enfermedad de Lyme. En el estado de Virginia, la enfermedad se transmite por la picadura de garrapatas de patas negras, que están infectadas con la bacteria Borrelia burgdorferi, que causa la enfermedad de Lyme.
En 2019, Jutras descubrió que B. burgdorferi arroja peptidoglicano una vez que invade el cuerpo humano. Aunque todas las bacterias tienen peptidoglicano, muchas no eliminan la sustancia.
La bacteria que causa la enfermedad de Lyme es diferente. Tiene rarezas en la forma en que produce su peptidoglicano y sus componentes.
Hace años, los investigadores no pudieron descubrir estas rarezas. Tenían enormes trozos de información faltante. Después de cuatro años de investigación, encontraron algunas de las piezas del rompecabezas que faltaban. Si bien no saben cómo la bacteria hace esta modificación, sí saben cómo la bacteria la adquiere.
El azúcar que B. burgdorferi pone en su peptidoglicano es un producto de descomposición de la quitina, un carbohidrato estructural con moléculas de azúcar enlazadas hechas de glucosa modificada. La quitina es un componente crítico de las garrapatas.
«Lo notable aquí es que la bacteria que causa la enfermedad de Lyme está absorbiendo un producto de descomposición de su garrapata vector y lo usa para ayudar a crear esta molécula inusual», dijo Jutras, también afiliado al Programa de Graduados en Biología Traslacional, Medicina y Salud de Virginia Tech. «Lo que es más fascinante es que parece que la bacteria ha desarrollado esta adaptación afinada para poder moverse con eficacia, que es una característica necesaria para la enfermedad».
Esta adaptación convierte a la bacteria en uno de los organismos más rápidos en el planeta en términos de cómo puede moverse.
Desde un punto de vista técnico, identificar el azúcar, la quitobiosa, el producto de descomposición de la quitina, fue el quid de la investigación y el descubrimiento.
Para determinar la quitobiosa era el azúcar real, los investigadores realizaron LCMS, cromatografía líquida acoplada con espectroscopia de masas en la Incubadora de Investigación de Espectrometría de Masas (VT-MSI), dirigida por Rich Helm, de los Servicios Principales del Instituto de Ciencias de la Vida de Fralin. También realizaron estudios de resonancia magnética nuclear y marcaje metabólico con azúcares marcados con C13 para confirmar la identidad de la modificación inusual.
Al hacerlo, descubrieron por qué la bacteria tiene esta modificación.
En el estado de Virginia, la enfermedad se transmite por la picadura de garrapatas de patas negras, que están infectadas con la bacteria Borrelia burgdorferi, que causa la enfermedad de Lyme. Foto de Max Esterhuizen para Virginia Tech. Crédito: Virginia Tech
La forma en que B. burgdorferi se mueve es girando en espiral o torciendo su propio cuerpo usando flagelos. El flagelo es esencialmente una hélice, pero en el exterior de la bolsa. La hélice gira contra esta gran bolsa molecular y, como resultado, se impulsa hacia adelante. Este tipo de estrategia les permite moverse a través del tejido muscular, incluso del cartílago, con bastante facilidad.
¿Por qué es tan importante la modificación del azúcar? Permite que la bolsa sea más flexible y resista la torsión.
El equipo usó microscopía de fuerza atómica para probar la elasticidad del peptidoglicano.
«El material es mucho más flexible y elástico en el sentido de que les permite impulsarse a sí mismos», dijo Jutras. “Si no tienen esa modificación, el material queda mucho más rígido y la capacidad de movimiento se ve afectada”.
Anteriormente, se había teorizado que esta bacteria necesita ser flexible, pero nunca se supo. sabe cómo o por qué.
«Necesitamos entender este mecanismo porque sería un objetivo perfecto para la terapia», dijo Jutras. «Conocemos una manera cuando está en la garrapata. Pero, ¿cómo hace esta modificación cuando está en un ser humano? Hay un mínimo o nada de quitina en un ser humano. Cuando perjudicamos la capacidad de la bacteria para absorber quitobiosa, todavía tienen esta modificación. Hay solo mucho menos».
Eso significa que la bacteria tiene otra forma de hacer esta modificación en su peptidoglicano. Entender cómo la bacteria hace esta modificación dentro de un humano es el próximo paso de la investigación y Jutras y su equipo ya están estudiando esta vía.
En el estado de Virginia, la enfermedad se transmite por la picadura de garrapatas de patas negras. , que están infectados con la bacteria causante de la enfermedad de Lyme, Borrelia burgdorferi. Foto de Max Esterhuizen para Virginia Tech.
Un camino largo y sinuoso
La investigación anterior de Jutras ha demostrado que el peptidoglicano en B. burgdorferi permanece en los cuerpos de los pacientes con artritis de Lyme después de que la bacteria ha entrado en el cuerpo. Semanas o meses después de la infección inicial, el peptidoglicano permanece, provocando inflamación y dolor.
El laboratorio descubrió una proteína asociada con el peptidoglicano de Borrelia burgdorferi que desempeña un papel amplificador en la inflamación en pacientes con artritis de Lyme al actuar como un faro molecular que antagoniza el sistema inmunológico de los pacientes.
El nuevo descubrimiento de Jutras y su equipo puede explicar por qué el peptidoglicano puede pasar el rato y causar artritis en los pacientes de Lyme. Los cuerpos humanos no pueden procesar el peptidoglicano de B. burgdorferi como lo hacen los trillones de bacterias dentro y sobre los cuerpos humanos.
«Desde la perspectiva de un bacteriólogo, este es un cambio de paradigma en la forma en que entendemos el peptidoglicano, un molécula esencial producida por prácticamente todas las bacterias y el objetivo antibiótico más común», dijo Jutras.
Dado que casi ninguna otra bacteria tiene peptidoglicano como B. burgdorferi, es un biomarcador atractivo para el diagnóstico. Los biomarcadores son firmas moleculares únicas, como hashtags, que actúan como un indicador de que algo salió mal en un sistema y, a menudo, se usan para diagnosticar diferentes formas de cáncer.
Esta investigación y descubrimiento previos condujeron directamente al descubrimiento de las propiedades de autoalteración de B. burgdorferi y sus posibles métodos de diagnóstico. Las nuevas vías de investigación se centran en esta molécula muy inusual y en las bacterias que arrojan estas moléculas.
«En lo que respecta al diagnóstico, esa es una nueva y emocionante área de investigación para el laboratorio en lo que respecta a este descubrimiento porque este es una molécula muy inusual», dijo Jutras. «La bacteria arroja estas moléculas y este descubrimiento podría conducir al desarrollo de una herramienta de diagnóstico centrada en detectar esta molécula inusual, muy similar a un biomarcador para la enfermedad de Lyme. Un enfoque que podría hacer que el diagnóstico de la enfermedad de Lyme sea tan simple como una prueba rápida de COVID-19».
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Los investigadores identifican una pieza que falta en el rompecabezas de la enfermedad de Lyme Más información: Tanner G. DeHart et al, La pared celular inusual de la espiroqueta de la enfermedad de Lyme Borrelia burgdorferi está formada por una garrapata de azúcar, Nature Microbiology (2021). DOI: 10.1038/s41564-021-01003-w Información de la revista: Nature Microbiology
Proporcionado por Virginia Tech Cita: Se descubre un objetivo potencial para tratar y diagnosticar la enfermedad de Lyme ( 2021, 30 de noviembre) recuperado el 29 de agosto de 2022 de https://medicalxpress.com/news/2021-11-potential-lyme-disease.html Este documento está sujeto a derechos de autor. Aparte de cualquier trato justo con fines de estudio o investigación privados, ninguna parte puede reproducirse sin el permiso por escrito. El contenido se proporciona únicamente con fines informativos.