Se descubre un objetivo potencial para el tratamiento y el diagnóstico de la enfermedad de Lyme

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No tiene que ir muy lejos para encontrar garrapatas. Solo sal y busca un poco de pasto. Mire la parte superior de la hoja verde brillante, generalmente a la altura del tobillo. Una garrapata podría estar ahí, esperando.

Si algo que respira roza el césped, la garrapata toma algo similar a una aguja, llamado hipostoma, que tiene docenas de púas de anzuelo de pesca, y lo inserta en la piel. Si pasa desapercibida, la enfermedad de Lyme podría transferirse a su huésped después de aproximadamente 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 su bolsa molecular protectora: su 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 a través 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 tenga más probabilidades de causar enfermedades.

«Creemos que este cambio es fundamental en la forma en que la bacteria causa enfermedades y es algo que podemos explotar con fines terapéuticos y de diagnóstico», dijo Brandon Jutras, profesor asistente de Bioquímica en la Facultad de Agricultura y Ciencias de la Vida y una facultad afiliada de el Instituto de Ciencias de la Vida Fralin y el Centro de Patógenos Emergentes, Zoonóticos y Transmitidos por Artrópodos.

Los hallazgos fueron publicados recientemente en Microbiología de la naturaleza, que es producido por Portafolio de la naturaleza, 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 interesante 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 un Ph.D . estudiante de 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, 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 que causa la enfermedad de Lyme. Borrelia burgdorferi.

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 una gran cantidad de información faltante. Después de cuatro años de investigación, encontraron algunas de las piezas faltantes del rompecabezas. Si bien no saben cómo la bacteria realiza esta modificación, sí saben cómo la adquiere.

El azucar que B. burgdorferi pone en su peptidoglicano es un producto de degradación de la quitina, un carbohidrato estructural con moléculas de azúcar unidas 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 degradación de su vector de garrapatas y lo usa para ayudar a producir esta molécula inusual», dijo Jutras, también afiliado de la Licenciatura en Biología, Medicina y Salud Traslacional. Programa en Virginia Tech. «Lo que es más fascinante es que parece que la bacteria ha desarrollado esta adaptación afinada para que se mueva con eficacia, que es una característica necesaria para la enfermedad».

Esta adaptación convierte a la bacteria en uno de los organismos más rápidos del planeta en términos de cómo puede moverse.

Desde un punto de vista técnico, identificar el azúcar, la quitobiosa, el producto de degradación de la quitina, fue el quid de la investigación y el descubrimiento.

Para determinar que la quitobiosa era el azúcar real, los investigadores realizaron LCMS, cromatografía líquida junto con espectroscopía de masas en la incubadora de investigación de espectrometría de masas (VT-MSI), dirigida por Rich Helm, de los servicios básicos del Instituto de Ciencias de la Vida Fralin. También realizaron estudios de resonancia magnética nuclear y etiquetado metabólico con azúcares marcados con C13 para confirmar la identidad de una modificación inusual.

Al hacerlo, descubrieron por qué la bacteria tiene esta modificación.

El camino B. burgdorferi Los movimientos se realizan 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 el cartílago, con bastante facilidad.

¿Por qué es tan importante la modificación del azúcar? Permite que la bolsa sea más flexible y resista el torque.

El equipo utilizó 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”, dijo Jutras. «Si no tienen esa modificación, el material se vuelve 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 cómo ni por qué.

«Necesitamos comprender este mecanismo porque sería un objetivo perfecto para la terapia», dijo Jutras. “Conocemos una forma: cuando está en la garrapata. Pero, ¿cómo hace esta modificación cuando está en un ser humano? Hay una cantidad mínima o nula de quitina en un ser humano. Cuando perjudicamos la capacidad de la bacteria para absorber quitobiosa, todavía tienen esta modificación. Simplemente hay mucho menos «.

Eso significa que la bacteria tiene otra forma de realizar esta modificación en su peptidoglicano. Comprender cómo la bacteria realiza esta modificación dentro de un ser humano es el siguiente paso de la investigación, y Jutras y su equipo ya están estudiando esta vía.

Un camino largo y tortuoso

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 juega un papel amplificador al causar 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 colgar y causar artritis en pacientes con Lyme. Los cuerpos humanos no pueden procesar el peptidoglicano de B. burgdorferi como lo hacen los billones de bacterias dentro y sobre los cuerpos humanos.

«Desde la perspectiva de un bacteriólogo, este es un cambio de paradigma en cómo entendemos el peptidoglicano, una 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 los hashtags, que actúan como un indicador de que algo salió mal en un sistema y, a menudo, se utilizan para diagnosticar diferentes formas de cáncer.

Esta investigación y descubrimiento previos condujeron directamente al descubrimiento de las propiedades auto-alteradoras 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 las desprenden.

«En lo que respecta al diagnóstico, esa es una nueva área de investigación emocionante para el laboratorio en lo que respecta a este descubrimiento porque se trata de 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 la detección de esta molécula inusual, muy parecida a un biomarcador de 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 «.

Se está avanzando para desentrañar el misterio de la enfermedad por vectores más notificada en el país.

Mientras tanto, no dejes de hacer esas comprobaciones.

Referencia: DeHart TG, Kushelman MR, Hildreth SB, Helm RF, Jutras BL. La pared celular inusual de la espiroqueta de la enfermedad de Lyme Borrelia burgdorferi está formado por una garrapata de azúcar. Nat Microbiol. 2021; 6 (12): 1583-1592. doi: 10.1038 / s41564-021-01003-w

Este artículo se ha vuelto a publicar a partir de los siguientes materiales. Nota: el material puede haber sido editado por su extensión y contenido. Para obtener más información, comuníquese con la fuente citada.

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