Cómo el cuerpo combate las infecciones del tracto urinario
A mayor escala se muestra cómo los filamentos de uromodulina (azul) envuelven una célula de E. coli, evitando así que los pelos del patógeno se adhieran a las paredes celulares del tracto urinario y provoquen una infección. La imagen es una visualización en 3D de mediciones de tomografía electrónica. Crédito: Gregor Weiss / ETH Zurich
Algunas personas están mejor protegidas que otras contra las infecciones del tracto urinario. Esto puede deberse a que sus cuerpos producen más cantidad de una proteína llamada uromodulina. Ahora, un equipo de investigación interdisciplinario ha descubierto exactamente cómo esta proteína auxiliar brinda alivio cuando la naturaleza llama y cómo este conocimiento podría beneficiar el tratamiento y la prevención de estas inflamaciones dolorosas.
Quien haya tenido cistitis alguna vez sabe que las infecciones urinarias de este tipo son molestas y dolorosas. Se pueden tratar bien con antibióticos, pero pueden ser fatales si no se tratan. Estas infecciones generalmente son causadas por lo que se conoce como bacterias E. coli uropatógenas cuando se unen a las células de la vejiga, el uréter o la uretra con sus pelos, los apéndices filiformes que crecen fuera de ellos como pelos. Pero la protección está disponible en forma de cierta proteína, producida naturalmente en el cuerpo, llamada uromodulina. Alrededor del 70 por ciento de todas las personas portan una variante del gen de la uromodulina en su genoma, lo que significa que producen esta proteína protectora en cantidades particularmente grandes. En consecuencia, tienen un menor riesgo de contraer infecciones del tracto urinario.
Pero nunca se había entendido el proceso exacto por el cual la uromodulina previene la inflamación. Ahora, un equipo interdisciplinario, formado por tres grupos de investigación en ETH Zurich junto con investigadores de la Universidad de Zurich y el Children’s Hospital Zurich, ha llenado este vacío de conocimiento al investigar la apariencia de la uromodulina y cómo la proteína neutraliza la E. coli uropatógena. Sus hallazgos, que han sido publicados en la revista Science, deberían ayudar a desarrollar nuevas estrategias para el tratamiento de infecciones del tracto urinario en el futuro.
Una mirada detallada a cómo funciona
Primero, los investigadores analizaron cómo la proteína se une a los pelos bacterianos a nivel molecular. «Ya sabíamos que se forma un vínculo y que esto probablemente juega un papel en la función protectora de la uromodulina, pero nadie lo había estudiado con mayor detalle», dice Gregor Weiss, estudiante de doctorado en biología molecular en ETH y uno de los autores principales del estudio. . Sus investigaciones bioquímicas ahora han demostrado que los pili bacterianos reconocen ciertas cadenas de azúcar en la superficie de la uromodulina y se unen a ellas con mucha facilidad y fuerza.
A continuación, el equipo examinó la uromodulina mediante tomografía crioelectrónica, un técnica que produce vistas tridimensionales de la estructura de proteínas y células sin necesidad de modificación química o deshidratación. Esto les mostró que la uromodulina forma filamentos largos que consisten en un promedio de alrededor de 400 moléculas de proteína individuales unidas entre sí. Y que cada eslabón de esta cadena proteica contiene el patrón característico de las cadenas de azúcar a las que les gusta unirse los pili bacterianos.
Colaboración fructífera
La tomografía crioelectrónica también fue la técnica elegida por el equipo para investigando a mayor escala qué efecto tienen estas propiedades esta vez en presencia de los culpables, la bacteria uropatógena E. coli. Descubrieron que los filamentos de uromodulina literalmente envuelven al patógeno y que un solo filamento de uromodulina puede acoplarse con varios pilos de una bacteria. «Esto neutraliza los patógenos», explica Weiss: «Una vez que las bacterias están protegidas de esta manera, ya no pueden unirse a las células del tracto urinario, lo que significa que no pueden causar infecciones». Bajo un microscopio óptico, el equipo también notó la formación de grandes grupos de cientos de filamentos de uromodulina y células de E. coli, que presumiblemente luego simplemente se excretan con la orina.
Finalmente, los investigadores verificaron si todos estos procesos que habían observado en el laboratorio también ocurren en los pacientes. Analizaron muestras de orina de pacientes infectados proporcionadas por el Hospital Infantil de Zúrich y encontraron exactamente las mismas interacciones entre la uromodulina y los patógenos. «Sin la colaboración interdisciplinaria entre diferentes grupos e institutos de investigación, habría sido imposible obtener este conjunto de hallazgos», destaca el profesor de ETH Martin Pilhofer, quien dirigió las investigaciones de tomografía electrónica.
Consejos para el tratamiento y desarrollo de fármacos
El trabajo del equipo de investigación ofrece sugerencias sobre cómo tratar y prevenir las infecciones del tracto urinario sin usar antibióticos. Hasta ahora, a los pacientes se les han dado a menudo preparaciones que contienen azúcar manosa. En cierta medida, estos evitan que la bacteria E. coli se adhiera a las células del tracto urinario. «Gracias a nuestros análisis, ahora sabemos que los pili bacterianos reconocen no solo la manosa sino también otros azúcares presentes en la uromodulina», dice Jessica Stanisich, estudiante de doctorado y otra autora principal del estudio. «Esto podría indicar que el tratamiento con suplementos de azúcar combinados sería más efectivo».
Los nuevos hallazgos también ayudan en el desarrollo de nuevas sustancias activas, agrega el profesor de ETH Rudi Glockshuber. Esto se debe a que, durante una infección, la E. coli uropatógena se adhiere a las mismas cadenas de azúcar en las superficies celulares del tracto urinario que en la uromodulina. Las compañías farmacéuticas buscan identificar nuevas sustancias activas que eviten precisamente estas interacciones, pero esto también corre el riesgo de interrumpir la unión protectora de la uromodulina a la bacteria. «Obviamente, sería un efecto secundario altamente indeseable para un fármaco si ese tratamiento interfiriera simultáneamente con una función protectora natural», dice Glockshuber. Sin embargo, los análisis del equipo de investigación ahora han demostrado que los enlaces entre las bacterias y la uromodulina son extremadamente estables y no pueden ser degradados por las sustancias activas, un hallazgo importante en la búsqueda de remedios para las desagradables infecciones del tracto urinario.
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Las imágenes en 3D revelan al guardián del cuerpo contra las infecciones urinarias Más información: GL Weiss el al., «Arquitectura y función de los filamentos de uromodulina humana en las infecciones del tracto urinario», Science ( 2020). science.sciencemag.org/cgi/doi … 1126/science.aaz9866 Información de la revista: Science
Proporcionado por ETH Zurich Cita: Cómo el cuerpo combate las infecciones del tracto urinario (2020, 2 de julio) consultado el 31 de agosto 2022 de https://medicalxpress.com/news/2020-07-body-urinary-tract-infections.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.