Los investigadores han revelado cómo la bacteria Staphylococcus aureus extrae hierro de la hemoglobina, un proceso crucial para su supervivencia durante las infecciones. Mediante una novedosa técnica de dispersión de rayos X en solución con resolución temporal (TR-XSS), un equipo de investigación del ESRF, el Sincrotrón Europeo de Grenoble (Francia), ha identificado la secuencia completa de interacciones proteína-proteína durante este «robo» de hierro.
por el Centro Europeo de Radiación Sincrotrón
Los hallazgos, publicados en Nature Communications , abren posibilidades para el desarrollo de productos farmacéuticos para combatir las cepas de S. aureus resistentes a los antimicrobianos.
El Staphylococcus aureus es una bacteria común que vive inofensivamente en la piel y las fosas nasales de muchas personas. Sin embargo, en ocasiones puede atravesar las barreras superficiales y las defensas inmunitarias, a menudo a través de heridas, lo que provoca infecciones cutáneas que pueden derivar en complicaciones como neumonía o incluso una sepsis potencialmente mortal.
Los antibióticos se utilizan de forma rutinaria para combatir las infecciones por S. aureus, pero algunas cepas de esta bacteria son cada vez más resistentes a los fármacos existentes. Por lo tanto, es prioritario comprender mejor cómo sobrevive y prospera S. aureus en nuestros cuerpos.
Ahora, el trabajo experimental del ESRF ha cartografiado con un nivel de detalle sin precedentes cómo la bacteria S. aureus adquiere hierro de nuestra sangre para facilitar su crecimiento. El hierro es un nutriente esencial para S. aureus, que puede extraer de la hemoglobina (Hb) de nuestros glóbulos rojos utilizando una proteína llamada IsdB. El proceso se había estudiado indirectamente utilizando métodos ópticos, pero nadie había cartografiado la secuencia completa de eventos moleculares con una técnica capaz de investigar directamente los cambios estructurales transitorios de una proteína.
Pillados con las manos en la masa: extrayendo el hemo de la hemoglobina
El estudio se centró en la dinámica de las interacciones proteína-proteína entre IsdB y Hb. Los científicos ya sabían que IsdB forma un complejo para extraer el componente «hemo» rico en hierro de la Hb. Para observar el proceso con más detalle, los investigadores combinaron las técnicas de dispersión de rayos X en solución con resolución temporal (TR-XSS) con mezcla rápida. Se reveló un nivel de detalle sin precedentes gracias al uso de pulsos de rayos X policromáticos cortos (20 μs) y a la recopilación de datos hasta la región de dispersión de rayos X de ángulo amplio (WAXS).
El trabajo fue realizado por un equipo de investigación italiano (Universidad de Parma y Universidad de Turín) en la línea de luz ID09 en colaboración con el científico del ESRF Matteo Levantino. El equipo desarrolló un modelo cinético capaz de describir todo el proceso de interacción IsdB-Hb y descubrió que IsdB extrae el hemo solo cuando ambas cadenas de Hb están unidas a IsdB. Desde el punto de vista del S. aureus, esto parece maximizar el rendimiento de la extracción. Armados con este conocimiento, los químicos farmacéuticos pueden intentar desarrollar medicamentos para interrumpir el proceso.
«Al conocer todo el mecanismo, es más fácil centrarse en un paso específico que podría ser más eficaz para inhibir las interacciones», dice Luca Ronda de la Universidad de Parma, parte del equipo de investigación.
La resistencia a los antimicrobianos sigue siendo una de las principales preocupaciones de salud mundial, y la Organización Mundial de la Salud ha señalado al Staphylococcus aureus resistente a la meticilina (SARM) como un patógeno de importancia para la salud pública.
Nuevas posibilidades para estudiar las estructuras dinámicas de las proteínas
La técnica TR-XSS también se puede utilizar para caracterizar sistemas biológicos implicados en otras enfermedades. Proporciona información estructural útil para el desarrollo de fármacos, no limitada a la interacción huésped-patógeno, sino también dentro del mismo organismo vivo. Por ejemplo, las reacciones promovidas por enzimas, que son catalizadores biológicos que aceleran la velocidad de las reacciones en nuestro metabolismo.
Otros métodos, como la espectroscopia óptica y la fluorescencia, se utilizan para estudiar las interacciones de las proteínas en muchos contextos. Sin embargo, tienen la limitación de que son sensibles a los alrededores de sondas espectroscópicas específicas y no a la estructura completa de la proteína. La dispersión de rayos X en solución, por otro lado, es sensible a todos los átomos de una proteína objetivo.
«Si una proteína sufre un cambio estructural global no se puede pasar por alto», afirma Levantino.
Más información: Omar De Bei et al, Time-resolved X-ray solution scattering unveils the events lead to hemoglobin heme capture by staphylococcal IsdB, Nature Communications (2025). DOI: 10.1038/s41467-024-54949-w
