Nuevo mecanismo de inhibición de la Oxitetraciclina durante la iniciación de la síntesis de proteínas en bacterias

Abstract

Desde su descubrimiento, los antibióticos han marcado un hito importante en el tratamiento de enfermedades y han permitido la realización de intervenciones quirúrgicas antes consideradas como letales. Sin embargo, el uso excesivo de antibióticos puede alterar la microbiota, causando disbiosis y aumentando la predisposición al desarrollo de diversas patologías a largo plazo. Antibióticos de amplio espectro como la Oxitetraciclina (OTC) se utilizan de manera desmesurada en diversas industrias agroalimentarias. La relación entre el mecanismo de acción de OTC y alteraciones de la microbiota es aún desconocida. Actualmente, se conoce que OTC funciona como inhibidor de la síntesis de proteínas durante la fase de elongación. Dicho fase de la síntesis de proteínas es altamente conservada entre las bacterias y no explicaría el efecto diferenciado entre géneros bacterianos asociados a disbiosis. Al unirse a la subunidad menor 30S del ribosoma, existe la posibilidad de que OTC también actúe en otras fases de la síntesis proteica. Entre ellas destaca la iniciación de la traducción del ARNm al presentar al menos dos mecanismos alternativos, utilizados diversamente entre las bacterias. El primero utiliza los factores de iniciación IF1, IF2 e IF3, mientras que el segundo utiliza principalmente IF1 e IF2. En el presente estudio se evalúa a OTC como posible inhibidor de la iniciación de la síntesis de proteínas dependiente de los tres factores mediante métodos bioquímicos y análisis informático de modelamiento estructural. Los resultados indican que IF1 es susceptible a OTC, probablemente por su posicionamiento cercano al antibiótico en el ribosoma. Como consecuencia, OTC induce una mayor estabilización de IF1 en el ribosoma, que va en aumento a través de los complejos intermediarios de iniciación, alcanzando un incremento del 40%. La estabilización de IF1, reducción de su capacidad de disociación del ribosoma, conllevaría a una inhibición de la formación del complejo de iniciación 70S. Los resultados aquí expuestos sugieren un nuevo mecanismo de acción de OTC durante la iniciación de la síntesis de proteínas. El entendimiento del nuevo mecanismo de acción de OTC contribuye con una explicación novedosa y base para el entendimiento de disbiosis mediada por el fármaco. Además, los resultados proporcionan las bases de futuras investigaciones para el desarrollo de nuevos antibióticos que actúen en el mismo blanco molecular.

Antibiotics have stablished an important milestone since their discovery, allowing the treatment of infectious diseases and surgical procedures otherwise considered lethal. However, recent studies show that the use of antibiotics can alter the microbiota, causing dysbiosis and leading to the development of diverse pathologies. In particular, broad- spectrum antibiotics such as Oxytetracycline (OTC) are widely used in agricultural and food industries. The relationship between the molecular mechanism of OTC and microbiota modifications is still unknown. The current model suggests that OTC inhibits the elongation phase of protein synthesis inhibitor. This phase of protein synthesis is highly conserved among bacteria and cannot explain the differentiated effect of OTC among bacterial genus. OTC could act in other phases of protein synthesis since the drug binds to 30S small ribosomal subunit. Among these, mRNA translation initiation stands out since it is represented by at least two alternative mechanisms in bacteria. The first mechanism uses initiation factors IF1, IF2 and IF3, while the second uses mainly IF1 and IF2. In the present study, OTC has been evaluated as a potential protein synthesis inhibitor acting at initiation of translation. Particularly, the study focuses in the mechanism that uses all three initiation factors employing biochemical methods and computer analysis of structural modelling. The results indicate that IF1 is susceptible to OTC, probably due to the near positioning with respect to the antibiotic in the ribosome. Consequently, OTC increases the stabilization of IF1 in the ribosome up to 40% along all intermediate initiation complexes. IF1 stabilization would inhibit of 70S initiation complex formation, suggesting a new mechanism of action for OTC during translation initiation. This finding would explain how OTC causes dysbiosis and provides further basis for future research of new antibiotics with a similar molecular mechanism.