Las β-lactamasas evolucionan contra los antibióticos mediante la adquisición de grandes campos eléctricos de sitio...

Área de la Ciencia:

• La bioquímica
• La evolución de las proteínas
• Descubrimiento de drogas

Sus antecedentes:

• Los compuestos unidos covalentemente en los sitios activos de la enzima pueden funcionar como sustratos o inhibidores basados en la labilidad del enlace.
• La resistencia a los antibióticos, ejemplificada por la resistencia a la penicilina G (PenG) en las bacterias, implica adaptaciones evolutivas en enzimas como las proteínas de unión a la penicilina (PBPs) y las β-lactamasas TEM.
• El avibactam (Avb) fue desarrollado para contrarrestar los mecanismos de resistencia contra los antibióticos β-lactámicos.

Objetivo del estudio:

• Investigar el papel de los campos eléctricos en el sitio activo de la proteína en la reactividad de los enlaces covalentes durante la evolución de la resistencia a los antibióticos.
• Comprender cómo los cambios evolutivos en enzimas como las β-lactamasas TEM afectan las tasas de hidrólisis de los aductos de enzimas antibióticas.
• Explorar los principios de diseño de nuevos medicamentos covalentes mediante el análisis de la catálisis electrostática en la evolución de las proteínas.

Principales métodos:

• Seguimiento de la reactividad de los enlaces covalentes en los sitios activos de la enzima a través de la evolución de la proteína.
• Análisis del impacto de los campos eléctricos dentro de los sitios activos de las proteínas en la hidrólisis de los enlaces de éster en los aductos de penicilina G (PenG).
• Utilizando el marco de la catálisis electrostática y la espectroscopia vibratoria para medir campos eléctricos.

Principales resultados:

• El enlace de éster en los aductos de proteína PenG que se unen a la penicilina es resistente a la hidrólisis debido a los pequeños campos eléctricos del sitio activo.
• En los adductos de TEM β-lactamasa-PenG, los campos eléctricos mejorados (de -59 a -140 MV / cm) reducen la barrera de energía de hidrólisis, acelerando la reacción en 5 órdenes de magnitud.
• Avibactam (Avb) supera la resistencia mediante la utilización de un enlace covalente que reside en un entorno de campo bajo, evitando la hidrólisis rápida.

Conclusiones:

• Los campos eléctricos en los sitios activos de proteínas son un factor crítico en la evolución de la resistencia a los antibióticos.
• La catálisis electrostática, cuantificada por la intensidad del campo eléctrico, proporciona un principio unificador para comprender la evolución de las enzimas y la resistencia a los antibióticos.
• La métrica del campo eléctrico puede guiar el diseño racional de nuevos medicamentos covalentes para combatir eficazmente la resistencia a los antibióticos.