Por Qué La Dna Girasa Es La Diana Molecular De Numerosos Antibióticos?

Por Qué La Dna Girasa Es La Diana Molecular De Numerosos Antibióticos
La ADN girasa, o simplemente girasa, es una enzima dentro de la clase de topoisomerasa y es una subclase de topoisomerasas de tipo II que reduce la tensión topológica de una manera dependiente de ATP, mientras que el ADN de doble hebra se desenrolla alargando la ARN-polimerasa o por helicasa frente a la bifurcación de replicación progresiva,

La enzima provoca un superenrollamiento negativo del ADN o relaja superenrollamientos positivos.
Lo hace haciendo un bucle en la plantilla para formar un cruce, luego cortando una de las hélices dobles y pasando la otra a través de ella antes de liberar la ruptura, cambiando el número de enlace por dos en cada paso enzimático.

Este proceso ocurre en bacterias, cuyo ADN circular único es cortado por ADN girasa y los dos extremos se retuercen entre sí para formar superenrollamientos. La girasa también se encuentra en plástidos eucariotas : se ha encontrado en el apicoplasto del parásito de la malaria Plasmodium falciparum y en cloroplastos de varias plantas.

ADN girasa

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La capacidad única de la girasa para introducir superenrollamientos negativos en el ADN a expensas de la hidrólisis del ATP es lo que permite que el ADN bacteriano tenga superenrollamientos negativos libres. La capacidad de la girasa para relajar las superenrollamientos positivos entra en juego durante la replicación del ADN y la transcripción procariota,

¿Cuáles son las dianas de los antibióticos?

Tienen como diana los ribosomas, la pared celular, la membrana plasmática, la biosínteis de lípidos y los elementos de replicación y transcripción de DNA.

¿Qué grupo de antibióticos actúa sobre el complejo ADN ADN girasa y sobre la topoisomerasa IV?

Artículos Resistencia Bacteriana a Quinolonas: Determinantes Codificados en Plásmidos Martha I. Ramírez-Díaz 1 Jesús Silva-Sánchez 2 Carlos Cervantes 1 ** 1 Instituto de Investigaciones Químico-Biológicas, Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo; Morelia, Michoacán, México.2 Centro de Investigación Sobre Enfermedades Infecciosas, Instituto Nacional de Salud Pública; Cuernavaca, Morelos, México.

Resumen Las quinolonas, un grupo de antibióticos sintéticos, han generado un considerable interés tanto científico como clínico. El mecanismo de acción de las quinolonas consiste en la inhibición de las enzimas ADN girasa y topoisomerasa IV. Las primeras topo-bacterias resistentes a quinolonas estudiadas contenían mutaciones en los genes isomerasas, cromosómicos que codifican a dichas enzimas.

De manera inesperada, recientemente plásmidos. se identificaron determinantes de resistencia a quinolonas en varios plásmidos. Las propiedades de estos determinantes se analizan brevemente en esta revisión. Palabras clave: Antibióticos; topoisomerasas; plásmidos Abstract Quinolones, a group of synthetic antibiotics, have generated significant interest both in scientific and clinical grounds.

The mechanism of action of quinolones consists in the inhibition of the enzymes DNA gyrase and topoisomerase IV.
The first quinolone-resistant bacteria studied had mutations in chromosomal genes encoding those enzymes.
Unexpectedly, several plasmid-encoded quinolone resistance determinants have been identified recently.

The properties of these determinants are briefly analyzed in this review. Keywords: Antibiotics; topoisomerases; plasmids 1. Introducción El inicio de cinco décadas de desarrollo y uso de los antibióticos sintéticos denominados quinolonas está marcado por el descubrimiento del ácido nalidíxico, molécula derivada de la 1,8-naftiridina, y su introducción en 1967 para uso clínico en el tratamiento de infecciones del tracto urinario ocasionadas por bacterias Gram-negativas (5),

Las quinolonas han sido el centro de un considerable interés, tanto científico como clínico, debido a que ofrecen muchos de los atributos de un antibiótico ideal: alta potencia, amplio espectro de acción, buena biodisponibilidad, formulaciones orales e intravenosas, altos niveles en suero, un amplio volumen de distribución y baja incidencia de efectos adversos (3),

Como ha ocurrido con todos los antibióticos empleados en el tratamiento de infecciones bacterianas, en el caso de las quiniolonas también se han detectado microorganismos resistentes a estos antibióticos. Las bacterias han desarrollado variados e ingeniosos mecanismos de tolerancia a estas drogas, codificados tanto en genes cromosómicos como en genes de plásmidos.

Los plásmidos son elementos genéticos extracromosómicos de ADN que están presentes en la mayoría de las bacterias. Los plásmidos con frecuencia se pueden transferir de una célula bacteriana a otra. Los plásmidos comúnmente poseen genes que codifican propiedades adaptativas que les permiten a las bacterias sobrevivir en condiciones ambientales adversas, como la presencia de antibióticos y de otros compuestos nocivos.

En esta revisión se describirán brevemente los determinantes bacterianos de resistencia a quinolonas presentes en plásmidos.2. Desarrollo de las quinolonas A lo largo del tiempo se han hecho diversas modificaciones al núcleo naftiridina del ácido nalidíxico, considerado la estructura base ( Fig.1 ), las cuales han incrementado el espectro antimicrobiano y la potencia y mejorado la biodisponibilidad de los nuevos fármacos.

Así, las quinolonas se consideran antibióticos eficaces y seguros para el tratamiento de infecciones bacterianas (2), Una de las primeras modificaciones a la estructura base fue la adición de un átomo de flúor en la posición 6 ( Figura 1 ), la cual incrementó más de 10 veces su potencia; tal modificación estabiliza la unión del antibiótico con su sitio blanco al influir en la distribución de cargas de la molécula.

Otras modificaciones se han realizado en las distintas posiciones del núcleo básico, ampliando el espectro de acción de las quinolonas hacia bacterias Gram positivas y microorganismos anaerobios (10) ( Fig.1 ). La Figura 2 muestra las etapas de desarrollo de las distintas quinolonas y las estructuras químicas de algunos de los antibióticos representativos del grupo. Figura 1. Estructura base de las quinolonas y funciones de los sustituyentes. Los grupos R representan las posiciones sustituidas comúnmente. Se indican los principales procesos en los que participan las modificaciones en cada posición. Las moléculas donde la posición 8 se sustituye por un átomo de carbono son quinolonas y cuando se sustituye por un átomo de nitrógeno son naftiridinas. Figura 2. Etapas de desarrollo de las quinolonas. Se muestran las cuatro generaciones de quinolonas a través de casi seis décadas, desde la síntesis del ácido nalidíxico (1962) hasta el desarrollo de la nemonoxacina (2014). Se presentan las estructuras químicas de quinolonas representativas de las distintas etapas.

Modificada de (5),3. Mecanismo de acción de las quinolonas Para ejercer sus efectos antimicrobianos, las quinolonas son primero transportadas al interior de la célula bacteriana mediante un proceso de difusión simple. El mecanismo de acción de estos antibióticos consiste en la inhibición de dos enzimas clave para la replicación, transcripción y reparación del ADN de la célula bacteriana: la ADN topoisomerasa II o ADN girasa y la ADN topoisomerasa IV (4),

Estas enzimas pertenecen a la familia de topoiso-merasas tipo IIA y están compuestas cada una de dos subunidades: GyrA y GyrB para la ADN girasa, ParC y ParE para la topoisomerasa IV ( Fig.3 ). Ambas enzimas contribuyen al desenrollamiento del ADN que se requiere para que éste pueda ser procesado, pero funcionan de diferente manera: la girasa remueve superenrollamientos positivos y avanza delante de la horquilla de replicación, mientras que la topoisomerasa IV introduce superenrollamientos positivos avanzando detrás de la horquilla de replicación; esta enzima, además, participa en la segregación de los cromosomas posterior a la división celular (8), Figura 3. Mecanismo de acción de las quinolonas. Para relajar el ADN superenrollado y permitir que el ADN pueda ser procesado, las topoisomerasas introducen cortes en la molécula. La formación del complejo ADN-Topoisomerasa-Quinolona inhibe la replicación del ADN, impidiendo que los cortes en la doble hélice sean resellados, y el cromosoma se fragmenta; ambas situaciones pueden conducir a la muerte celular.

Modificada de (4), Las topoisomerasas tipo IIA introducen un par de cortes en la cadena sencilla de ADN, uniéndose covalentemente al extremo 5′ formando el complejo ADN-topoisomerasa ( Fig.3 ), lo cual relaja el superenrollamiento de la doble hélice. Las quinolonas se unen al complejo, atrapando a la topoisomerasa en el ADN, lo que da como resultado la inhibición de la replicación.

Este nuevo complejo ternario, ADN-Topoisomerasa-Quinolona ( Fig.3 ), bloquea el movimiento de la horquilla de replicación y de los complejos transcripcionales, inhibiendo el crecimiento bacteriano y causando eventualmente la muerte celular (9),4. Resistencia bacteriana a quinolonas Debido al origen sintético de las quinolonas, se consideró inicialmente que el único mecanismo de resistencia que las bacterias podrían adquirir serían las mutaciones en los genes que codifican a las proteínas blanco, las topoisomerasas tipo IIA, o a los transportadores de membrana, que expulsan compuestos tóxicos del citoplasma.

En cuanto a la adquisición de resistencia mediante la transferencia de genes plasmídicos, se consideró que no sería posible, ya que el origen de los genes que confieren resistencia a antibióticos no-sintéticos generalmente radica en los propios microorganismos que los producen (7), En los últimos años se ha encontrado, sin embargo, que los sistemas de resistencia codificados en plásmidos representan una importante fuente de mecanismos bacterianos novedosos capaces de contrarrestar el efecto nocivo de las quinolonas.

El análisis de los genes y proteínas relacionados con la resistencia a quinolonas sugiere que éstos surgieron mucho tiempo antes del uso de dichos antibióticos. Los sistemas de resistencia a quinolonas pueden dividirse en dos grupos (1) ( Fig.4 ): i) los que están codificados en genes cromosómicos, que incluyen las modificaciones en los sitios blanco del antibiótico y los sistemas de expulsión; y ii) los codificados por genes presentes en plásmidos, que incluyen a las proteínas Qnr, la enzima aminoglucósido acetil transferasa modificada y los sistemas membranales de expulsión. Figura 4. Sistemas de resistencia a quinolonas. Se representa una célula bacteriana mostrando los distintos sistemas de resistencia; los detalles se describen en el texto. (1) Resistencia mediada por mutaciones en los genes de las enzimas ADN girasa y topoisomerasa IV, que disminuyen la unión del antibiótico. (2) Resistencia mediada por genes plasmídicos: (2a) Proteínas Qnr (en amarillo), que inhiben la unión de la quinolona al complejo ADN-topoisomerasa; (2b) La enzima AAC(6′)-Ib-cr, que acetila algunas quinolonas reduciendo su efectividad; (2c) Sistemas membranales de expulsión, que disminuyen la concentración intracelular de las quinolonas. (3) Resistencia mediada por genes cromosómicos: (3a) Disminución de la expresión de porinas, que limita el ingreso del antibiótico; (3b) Sistemas de expulsión. Modificada de (1).5. Resistencia a quinolonas determinada por gener plasmídicos 5.1. Proteínas Qnr Las proteínas Qnr se identificaron por primera vez en el plásmido pMG252, aislado de una cepa clínica de la enterobacteria Klebsiella pneumoniae resistente a ciprofloxacina. En esta bacteria se identificó una proteína de 219 aminoácidos, QnrA, que confiere resistencia a quinolonas (12), Las proteínas Qnr pertenecen a la familia de pentapéptidos repetidos, llamada así porque sus miembros contienen un motivo recurrente de cinco aminoácidos en tándem (12), Aunque se han identificado en los distintos genomas bacterianos más de 500 secuencias que contienen el motivo pentapéptido repetido, se desconoce la función de casi todas ellas. Las secuencias que codifican proteínas Qnr se encuentran ampliamente distribuidas en los genomas de enterobacterias. Además de QnrA, se han estudiado las proteínas QnrB, también de K. pneumoniae, y QnrS, de Shigella flexneri. Aunque se sabe que estas proteínas se unen al complejo ADN-Topoisomerasa, impidiendo la unión de las quinolonas ( Fig.4 ), no se conoce con detalle su mecanismo de acción.5.2 Modificación enzimática de las quinolonas Un sistema de modificación química de quinolonas, codificado en el plásmido pHSH10-2, se identificó en una cepa clínica de Escherichia coli resistente a ciprofloxacina (11), Mediante mutagénesis por transposición se encontró que pHSH10-2 codifica a la proteína AAC(6′)-Ib-cr, cuya secuencia muestra similitud con las aminoglucósido acetil transferasas, enzimas que confieren resistencia a antibióticos del grupo de los aminoglucósidos por medio de su acetilación y consecuente inactivación. El análisis de la secuencia de esta enzima reveló que se encuentra modificada en los aminoácidos 102 (Trp ->Arg) y 179 (Asp -> Tyr), con respecto a las aminoglucósido acetil transferasas; la mutagénesis dirigida a los codones correspondientes mostró que, en ausencia de dichos cambios, la proteína no se asocia con la resistencia a quinolonas. Así, las mutaciones causaron un cambio drástico en la especificidad de sustrato en la enzima AAC(6′)-Ib-cr. Mediante ensayos de acetilación con ciprofloxacina como sustrato, se confirmó que la enzima introduce un acetilo en el nitrógeno del grupo piperazina en la posición 6 del antibiótico ( Fig.1 ); la modificación reduce la afinidad de esta quinolona por las topoisomerasas ( Fig.4 ), originando la resistencia.5.3 Sistemas de expulsión A la fecha se han identificado dos plásmidos, pHPA y pOLA52, que confieren resistencia a quinolonas mediante sistemas membranales de expulsión, los cuales causan una disminución de la concentración intracelular del fármaco ( Fig.4 ). El plásmido pHPA, aislado de una cepa clínica de E. coli codifica a la proteína de membrana interna QepA, la cual se agrupa en la superfamilia de transportadores MFS. Esta proteína confiere resistencia mediante la expulsión del citoplasma de quinolonas hidrofilicas como ciprofloxacina y norfloxacina ( Fig.2 ). Por otra parte, el plásmido pOLA52, proveniente de una cepa de E. coli aislada de estiércol de cerdos, codifica a OqxA, una proteína de membrana interna perteneciente a la familia de transportadores RND, y a OqxB, una proteína del periplasma (6), Las proteínas OqxAB confieren resistencia a ácido nalidíxico y ciprofloxacina; el hallazgo de que son capaces de expulsar al colorante bromuro de etidio, sugiere que la resistencia a quinolonas también está dada por su expulsión del citoplasma. Para conferir resistencia a quinolonas, OqxA y OqxB requieren de un componente adicional de la membrana externa, la proteína TolC, por lo que funcionan como un complejo tripartita de expulsión, OqxAB-TolC, similar a algunos sistemas codificados por genes cromosómicos ( Fig.5 ). Figura 5. Sistemas bacterianos de expulsión. Se muestra esquemáticamente el funcionamiento de un complejo tripartita de expulsión. A) Proteína de la membrana interna (MI), que une a la quinolona (esferas de color rojo) en el citoplasma. B) proteína de la membrana externa (ME), que expulsa al antibiótico al exterior de la célula.

C) Proteína del periplasma, que conecta a los dos componentes membranales. En la parte superior se señala el tipo de bacteria donde se encuentra cada sistema de expulsión.6. Consideraciones finales La historia de las quinolonas abarca más de 50 años, período en el cual se ha desarrollado una gran variedad de moléculas con actividad antimicrobiana.

Sin embargo, de manera paralela al desarrollo de nuevas quinolonas, el número de bacterias resistentes ha ido en aumento. No obstante, la ciprofloxacina, con más de 30 años de uso, continúa siendo un fármaco de primera elección en el tratamiento de infecciones por enterobacterias.

A pesar de que se han descrito varios mecanismos de resistencia a quinolonas, la forma más común de resistencia es la causada por mutaciones especificas en los genes de la ADN girasa y de la topoisomerasa IV. Como se describió en este trabajo, los determinantes de resistencia codificados en plásmidos representan una fuente continua de mecanismos evolutivos de las bacterias que les permiten contrarrestar el efecto tóxico de las quinolonas.

Agradecimientos Trabajo realizado con apoyos de la Coordinación de Investigación Científica (UMSNH, No.2.35) y del Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (No.181747). Referencias 1. Aldred KJ, Kerns RJ, Osheroff N (2014) Mechanisms of quinolone action and resistance.

Biochemistry 53:1565-1574.2. Andersson MI, MacGowan AP (2003) Development of the quinolones. J Antimicrob Chemother 51:1-11.3. Bolon M K (2011) The newer fluoroquinolones. Med Clin North Am 95:793-817.4. Drlica K, Hiasa H, Kerns R, Malik M, Mustaev A, Zhao X (2009) Quinolones: actions and resistance updated.

Curr Top Med 9:981-998.5. Emmerson AM, Jones AM (2003) The quinolones: decades of development and use. J Antimicrob Chemother 51:13-20.6. Hansen LH, Johannesen E, Burmolle M, Sorensen AH, Sorensen SJ (2004) Plasmid-encoded multidrug efflux pump conferring resistance to olaquindox in Escherichia coli Antimicrob Agents Chemother 48:3332-3337.7.

Hernández A, Sánchez MB, Martínez JL (2011) Quinolone resistance: much more than predicted. Front Microbiol 2:1-6.8. Hiasa H, Shea ME (2000) DNA Gyrase-mediated wrapping of the DNA strand is required for the replication fork arrest by the DNA Gyrase-Quinolone-DNA ternary complex. J Biol Chem 275:34780-34786.9.

Kampranis SC, Maxwell A (1998) The DNA Gyrase-Quinolone complex: ATP hydrolysis and the mechanism of DNA cleavage. J Biol Chem 273:22615-22626.10. Peterson LR (2001) Quinolone molecular structure-activity relationships: What we have learned about improving antimicrobial activity.

Clin Infect Dis 33:180-186.11. Robicsek A, Strahilevitz J, Jacoby GA, Macielag M, Abbanat D, Park CH, Buch K, Hooper DC (2006) Fluoroquinolone-modifying enzyme: a new adaptation of a common aminoglycoside acetyltransferase. Nat Med 12:83-88.12. Vetting MW, Hegde SS, Fajardo JE, Fiser A, Roderick SL, Takiff HE, Blanchard JS (2006) The pentapeptide repeat proteins.

Biochemistry 45:1-10. Este es un artículo publicado en acceso abierto bajo una licencia Creative Commons

¿Qué antibióticos afecta la actividad de la DNA girasa?

Mecanismo de acción – Las quinolonas de primera y segunda generación inhiben selectivamente el dominio ligasa de la ADN girasa bacteriana ( topoisomerasa II ) dejando intacto el dominio nucleasa, La actividad de la ADN girasa en bacterias gram negativas es constante y esencial para el mantenimiento de la topología del ADN bacteriano.

La actividad nucleasa sin la acción acompasada del dominio ligasa produce la fragmentación del ADN bacteriano. Las quinolonas de tercera y cuarta generación son más selectivas al dominio ligasa de la topoisomerasa IV, por lo tanto, son más adecuadas para cubrir infecciones de bacterias gram positivas,

Interrumpe la reproducción bacteriana y la replicación del ácido ribonucleico, se necesita que estén separados los dos cordones de la doble hélice del ADN, Sin embargo, todo lo que separe los cordones ocasiona un desenrollado o un superenrollado positivo excesivo del ADN,

Este proceso es regulado por la ADN girasa, la cual se encarga de la introducción continua de superespiras negativas, lo que alivia el enrollamiento del ADN, El grupo antibiótico quinolonas bloquea la actividad de la subunidad A de la ADN girasa bacteriana ( topoisomerasa II ). Tienen una acción bactericida rápida, que es dosis dependiente (en relación con la concentración del antibiótico).

Las quinolonas interfieren en la replicación del ADN al bloquear o inhibir las enzimas topoisomerasa II y topoisomerasa IV, enzimas esenciales para la topología del ADN. La ADN girasa es un tipo de topoisomerasa II y uno de los blancos predilectos de las quinolonas para el caso de bacterias Gram-negativas.

La ADN topoisomerasa IV, descubierta tiempo después de que se descubrió la ADN girasa, es otro de los objetivos de las quinolonas en el caso de bacterias Gram-positivas, al mismo tiempo de que se han detectado una cantidad de especies bacterianas en las cuales el mecanismo de acción involucra la inhibición de ambas enzimas.

Ambas enzimas son vitales para la vida de la bacteria en el sentido de que la transcripción, replicación, reparación y almacenamiento del ADN depende indirectamente del buen funcionamiento de dichas enzimas; inhibir estas enzimas da como resultado la aniquilación de la bacteria.

Se cree que el mecanismo de acción de las quinolonas, desde el punto de vista químico, involucra la interacción de las funciones carbonilo, carboxilo y flúor con residuos de ácido aspártico, serina y lisina de las enzimas arriba citadas y con los residuos de purina, guanina y magnesio (II) presentes en el ADN.

Estas interacciones crean un “cerrojo” a las topoisomerasas, las cuales no pueden efectuar al movimiento (impulsado por ATP) para abrir las hebras de ADN, lo que da al traste con los procesos nucléicos necesarios para la vida de la bacteria.

¿Cómo actúan los antibióticos sobre la síntesis de ADN?

5. ¿Cuáles son los mecanismos de acción de los antibióticos? Los agentes antimicrobianos actúan por una serie de mecanismos, muy diferentes entre ellos y cuyos blancos se encuentran en diferentes regiones de la célula atacada. Las diversas regiones de ataque antibacteriano en general son consideradas:

Pared bacteriana Membrana bacteriana Síntesis de proteínas Síntesis de ácidos nucleicos

En la Figura 1 se presentan las drogas antibacterianas más comunes y sus lugares de acción dentro de la estructura microbiana. En la Tabla 2 se presenta una clasificación de los agentes antibióticos, algunos ejemplos de cada grupo, su modo de acción y un resumen de su espectro antimicrobiano.

Las drogas que atacan la pared bacteriana ejercen su efecto a través del bloqueo de su síntesis.
Interfieren con la síntesis de peptidoglicanos, elementos esenciales de la constitución de la pared.
Los defectos de la pared celular llevan a la lisis bacteriana.
Actúan solamente frente a microorganismos que están en crecimiento activo.

Pertenecen a este grupo: Beta lactámicos, glucopéptidos (vancomicina, teicoplanina y avoparcina), bacitracina y estreptograminas (virginiamicina, quinupristina-dalfopristina). Los agentes activos en la membrana celular bacteriana son las polimixinas (polimixina B y colistín).

Estas drogas son péptidos catiónicos con actividad de tipo detergente que disrumpen la porción fosfolipídica de la membrana de las bacterias Gram negativas.
Interfiriendo con la síntesis de proteínas, a diversos niveles del organoide encargado de su elaboración, el ribosoma, actúa un cúmulo de agentes, a saber: Aminoglucósidos y aminociclitoles, tetraciclinas, cloranfenicol y sucedáneos, lincosamidas y macrólidos.

Dada la complejidad de este proceso, hay diversos blancos que son impactados por los diferentes agentes antiinfecciosos. Los aminoglucósidos y aminociclitoles actúan a nivel de la porción 30 S del ribosoma, induciendo errores en la lectura de la información aportada por el ARN mensajero.

De esta manera, la proteína que se sintetice contendrá errores y no será útil.
También son capaces de inducir alteraciones de las membranas.
Las tetraciclinas, por su parte, también se unen al ribosoma en la porción 30 S, en forma similar a lo que ocurre con los aminoglucósidos.
Cloranfenicol, tianfenicol y florfenicol, actúan a nivel de la porción 50 S del ribosoma, inhibiendo la transpeptidasa, lo que impide que se formen los péptidos.

Lincosamidas y macrólidos, también se unen a la porción 50 S, inhibiendo la traslocación. Todos estos mecanismos, de una u otra manera, detienen o desvían la síntesis de proteínas. Los agentes que actúan a nivel de los ácidos nucleicos son varios y sus sitios de acción diversos.

Entre ellos tenemos a las sulfamidas y trimetoprima cuya acción como antimetabolitos impidiendo la síntesis de purinas los distingue del resto. Las fluoroquinolonas y novobiocina actúan a nivel de las cadenas de ADN, impidiendo el superenrrollamiento, por inhibición de una topoisomerasa, la girasa de ADN.

Inhibidores de la DNA girasa: Quinolonas

Los nitroimidazoles, como dimetridazol, metronidazol y tinidazol dan lugar a la disrupción de las cadenas de ADN, impidiendo su reparación. Los nitrofuranos, por su parte impiden la lectura codónica ADN-ARN mensajero. Por Qué La Dna Girasa Es La Diana Molecular De Numerosos Antibióticos Figura 1 : Esquema de estructuras bacterianas que incluye pared, membrana, ribosoma y ácidos nucléicos, conjuntamente con algunos ejemplos de antimicrobiamos que actúan a esos niveles. TABLA 2. Clasificación química de los antimicrobianos, algunos ejemplos, modo de acción y espectro simplificados

Grupo	Miembros	Modo de acción	Espectro
Beta lactámicos: Penicilinas	Penicilina G	inhiben síntesis de pared	Bacterias G+
	Penicilina V	Idem	Idem
	Cloxacilina	Ídem	Estafilococos productores de penicilinasa
	Ampicilina	Idem	Bacterias G+ y G-\
	Carbenicilina	Idem	P. aeruginosa
Beta lactámicos: Cefalosporinas	Cefaloridina	Inhiben síntesis de pared	Bacterias G+ y G-
	Cefalexina	Idem	Idem agregando actividad frente a Estafilococos productores de penicilinasa
	Cefuroxima	Ídem	Ídem con menos actividad frente a G+ y más frente a G-
	Moxalactam	Ídem	Bacterias G+ Enterobacterias
	Ceftiofur	Ídem	Ídem
	Cefoperazona	Ídem	Pseudomonas aeruginosa
	Cefepima	Ídem	Estafilococos y enterobacterias
Beta lactámicos: Inhibidores de la Beta lactamasa	Ácido clavulánico	Se une a la beta lactamasa inactivándola	Gérmenes productores de beta lactamasa
	Sulbactam	Ídem	Ídem
	Tazobactam	Ídem	Ídem
Beta lactámicos: Carbapenems	Imipenem- cilastatina	Inhiben síntesis de pared	G+ y G- aerobios y anaerobios
Beta lactámicos:	Aztreonam	Ídem	Gram negativos aerobios
Monobactams Aminoglucósidos	Estreptomicina	Inhiben síntesis proteica porción 30 S ribosomal	Bacterias G-
	Kanamicina	Idem	Idem
	Neomicina	Idem	Idem
	Gentamicina	Idem	Idem
Aminociclitoles	Espectinomicina	Idem	Bacterias G- y micoplasmas
Azúcares complejos o Lincosamidas	Lincomicina	Inhiben síntesis proteica porción 50S ribosomal	Bacterias G+, anaerobios y micoplasmas
	Clindamicina	Ídem	Ídem
	Pirlimicina	Idem	Idem
Rifamicinas	Rifampicina	Inhib e ARN polimerasa	Bacterias Gram positivas micobacterias
Péptidos	Polimixina B	Desorganizan membrana	Pseudomonas aeruginosa
	Colistín	Idem	Idem
Glucopéptidos	Vancomicina	Inhibe síntesis de pared	Bacterias G+ y G-
	Teicoplanina	Idem	Idem
	Avoparcina	Idem	Idem
Estreptograminas	Virginamicina	Inhibe peptidil transferasa	Bacterias G+ aerobias y anaerobias
Macrólidos	Eritromicina	Inhibe síntesis proteica porción 50S ribosomal	Bacterias G+ y G-
	Oleandomicina	Idem	Idem
	Tilosina	Idem	Idem
	Espiramicina	Idem	Idem
	Tilmicosina	Idem	Idem
Fenicoles	Cloranfenicol	Inhibe síntesis proteica porción 50S ribosomal	Bacterias G+ y G- rickettsias y chlamydias
	Tianfenicol	Idem	Idem
	Florfenicol	Idem	Idem
Tetraciclinas	Oxitetraciclina	Inhibe síntesis proteica porción 30S ribosomal	Bacterias G+ y G-, Rickettsias, chlamydias y algunos protozoos
	Doxiciclina	Idem	Idem
	Minociclina	Idem	Idem
Sulfonamidas	Sulfanilamida	Interfieren síntesis de ácido fólico	Bacterias G+, G- y coccidios
	Sulfadiazina	Idem	Idem
	Sulfatiazol	Idem	Idem
	Ftalilsulfatiazol	Idem	Idem
Diaminopirimidinas	Trimetoprima	Interfieren síntesis de ácido tetrahidrofólico	Bacterias G+, G- aerobias
	Baquiloprima	Idem	Idem
Fluoroquinolonas	Enrofloxacina	Inhiben ADN girasa	Bacterias Gram positivas y Gram negativas
	Danofloxacina	Idem	Idem
	Marbofloxacina	Idem	Idem
	Sarafloxacina	Idem	Idem
Ionóforos	Monensina	Alteran flujo de membrana	Coccidiosis, promoción del crecimiento
	Salinomicina	Idem	Idem
Nitrofuranos	Nitrofurazona	Previenen traslación ARN mensajero	Bacterias Gram positivas y Gram negativas
	Furazolidona	Idem	Idem
Nitroimidazoles	Metronidazol	Disrupción del ADN	Anaerobios
	Dimetridazol	Idem	Idem

5. ¿Cuáles son los mecanismos de acción de los antibióticos?

¿Cuáles son las dianas moleculares?

En el ámbito del cáncer, término que se usa para describir ciertos genes, proteínas y otras moléculas que intervienen en la multiplicación, diseminación y supervivencia de las células cancerosas y que se utilizan como objetivos para el tratamiento del cáncer.

¿Qué son las dianas moleculares de los fármacos?

Una diana terapéutica es una sustancia localizada en cualquier parte de una célula capaz de reconocer un fármaco y producir una respuesta celular.

¿Qué hace la ADN girasa?

ADN- girasa se encarga de generar superenrollamiento negativo durante el proceso de transcripción en el cromosoma bacteriano provocando su condensación para la división celular.

¿Qué hace la girasa en el ADN?

ADN girasa – Wikipedia, la enciclopedia libre La ADN girasa es una de las de que actúa durante la para reducir la causada por el superenrollamiento. La ADN girasa produce cortes de doble cadena y después son unidos por las, Actúa como una molécula altamente peligrosa.

La ADN girasa, como topoisomerasa, tiene una función muy importante en la modulación del estado topológico del ADN, pues regula su estructura superhelicoidal. A diferencia de la ADN girasa, la topoisomerasa 1 corta solo una de las dos cadenas de la doble hélice del ADN; y actúa en la transcripción del ADN.

Mientras, la ADN girasa (o topoisomerasa 2) corta ambas cadenas del ADN para aliviar el superenrollamiento, y actúa durante la replicación del ADN. Las moléculas de la ADN girasa se desplazan a lo largo del ADN por delante de la horquilla de replicación y eliminan los superenrollamientos positivos.

¿Qué hace la girasa de ADN?

La girasa se une al ADN como un heterotetrámero que consta de dos subunidades A y dos subunidades B. En presencia de ATP la girasa convierte el ADN de doble hélice circular en una superhélice. En ausencia de ATP el ADN superenrollado es relajado por la ADN girasa.

¿Qué relacion tiene la replicacion del ADN con algunos antibióticos?

Saúde Pública – Genética y genómica enfocadas en el estudio de la resistencia bacteriana Genética y genómica enfocadas en el estudio de la resistencia bacteriana

ARTÍCULOS DE REVISIÓN Genética y genómica enfocadas en el estudio de la resistencia bacteriana Genetics and Genomics for the study of bacterial resistance Ulises Garza-Ramos, M en C I ; Jesús Silva-Sánchez, PhD I ; Esperanza Martínez-Romero, PhD II

I Departamento de Resistencia Bacteriana, Centro de Investigación sobre Enfermedades Infecciosas, Instituto Nacional de Salud Pública. Cuernavaca, Morelos, México II Centro de Ciencias Genómicas, Universidad Nacional Autónoma de México. Cuernavaca, Morelos, México RESUMEN La resistencia bacteriana es un problema de salud pública causante de índices elevados de morbi-mortalidad hospitalaria.

En la medida en que se usan los diferentes antibióticos se seleccionan bacterias resistentes a múltiples fármacos.
El desarrollo de nuevas herramientas moleculares de la genómica y proteómica, como el PCR en tiempo real, pirosecuenciación de ADN, espectrometría de masas, microarreglos de ADN y bioinformática, permite conocer en forma más estrecha la fisiología y estructura de las bacterias y los mecanismos de resistencia a los antibióticos.

Estos estudios hacen posible identificar nuevos blancos farmacológicos y diseñar antibióticos específicos para suministrar tratamientos más certeros que combatan las infecciones producidas por bacterias. Con estas técnicas también es posible la identificación rápida de los genes que confieren la resistencia a los antibióticos y el reconocimiento de las estructuras genéticas complejas como los integrones, que intervienen en la diseminación de los genes que producen la multirresistencia.

Palabras clave: resistencia bacteriana; genética; genómica; proteómica; β -lactamasas; integrones de clase 1 ABSTRACT Bacterial resistance is a public health problem causing high rates of morbidity and mortality in hospital settings. To the extent that different antibiotics are used, bacteria resistant to multiple drugs are selected.

The development of new molecular genomic and proteomic tools such as real-time PCR, DNA pyrosequencing, mass spectrometry, DNA microarrays, and bioinformatics allow for more in-depth knowledge about the physiology and structure of bacteria and mechanisms involved in antibiotic resistance.

These studies identify new targets for drugs and design specific antibiotics to provide more accurate treatments to combat infections caused by bacteria.
Using these techniques, it will also be possible to rapidly identify genes that confer resistance to antibiotics, and to identify complex genetic structures, such as integrons that are involved in the spread of genes that confer multidrug-resistance.

Key words: bacterial, resistance; genetics; genomics; proteomics; lactamase; integrons Uso y acción de los antibióticos Los antibióticos son compuestos naturales o sintéticos que sirven para combatir las infecciones producidas por bacterias. El uso excesivo de estos medicamentos favorece la selección de bacterias resistentes a diferentes grupos de antibióticos (multirresistentes).

La resistencia bacteriana es la capacidad que tiene la bacteria de sobrevivir en presencia de un antibiótico y representa una ventaja para expandir su nicho ecológico y posibilitar su proliferación, 1 ya sea en nosocomios o el ambiente.2 Esto reduce las opciones terapéuticas, lo que repercute directamente en el éxito de la terapia antimicrobiana para combatir las infecciones secundarias producidas por estos patógenos, además de provocar elevados índices de morbilidad, mortalidad y costos hospitalarios.1 Los antibióticos intervienen en moléculas de procesos biológicos esenciales de las bacterias, por ejemplo: a) la ADN girasa en la replicación del ADN, b) la ARN polimerasa en la síntesis del ARN, c) los ribosomas en la síntesis de proteínas y d) las transpeptidasas (PBP) en la síntesis del peptidoglucano que conforma la pared celular.

Los antibióticos actúan en diferentes niveles, las quinolonas inhiben la replicación del ADN, la rifampicina suprime la síntesis de ARN y los aminoglucósidos, macrólidos, tetraciclinas y cloranfenicol anulan la síntesis de las proteínas. El grupo de los antibióticos b-lactámicos (penicilinas, cefalosporinas, monobactam y carbapenémicos) inhibe la síntesis de la pared celular.3 Mecanismos de resistencia Las bacterias son resistentes a los antibióticos debido a la expresión de diferentes mecanismos de resistencia.

Según sean el grupo del antibiótico y la especie bacteriana, estos mecanismos se pueden agrupar en cuatro: a) modificación química o hidrólisis del antibiótico mediante la adenilación, acetilación, fosforilación o hidrólisis (esta última por β -lactamasas); b) modificación del sitio blanco de la bacteria debido a mutaciones espontáneas ocurridas en los genes que codifican al blanco de acción del antibiótico, como la ARN polimerasa, el ARN ribosomal 16S, las PBP y la ADN girasa; c) modificación de la permeabilidad de la membrana bacteriana debido a la sustitución de las proteínas de membrana externa (porinas) al modificar su calibre o polaridad interna; y d) expulsión del antibiótico debido a la sobreproducción de bombas de eflujo que impide el acceso del antibiótico al sitio blanco en la bacteria.4 β-Lactamasas como principal mecanismo de resistencia a los β-lactámicos Las β -lactamasas son enzimas que hidrolizan el anillo b-lactámico de los antibióticos b-lactámicos y dan lugar a su inactivación.

Su clasificación se basa en sus propiedades bioquímicas, estructura molecular y secuencia de aminoácidos, que se agrupan en cuatro clases, A, B, C y D.5 Dentro de la clase A existen dos familias principales de β -lactamasas denominadas TEM-1 (contracción de Temoniera, el nombre de un paciente de cuya bacteria resistente se aisló) y SHV-1 (sulphydryl variable, una descripción de propiedades bioquímicas de esta b-lactamasa).

Estas enzimas tienen la capacidad de hidrolizar sólo a penicilinas; empero, en virtud del uso de las cefalosporinas, se han seleccionado bacterias que contienen β -lactamasas mutadas en uno a tres residuos cercanos al sitio activo de la enzima con la capacidad de reconocer e hidrolizar a estos nuevos sustratos.

Dichas enzimas se denominan β -lactamasas de espectro extendido (BLEE).6 El número de mutantes ha alcanzado hasta TEM-167 y SHV-114 (). Por su parte, las β -lactamasas de la clase B poseen la propiedad de que, además de hidrolizar penicilinas y cefalosporinas, hidrolizan también al grupo de los carbapenémicos.7 Estas enzimas requieren zinc para realizar la inactivación del antibiótico, por lo que se conocen como metalo- β -lactamasas (MbL).

En esencia, existen cinco familias en este grupo de enzimas: VIM, IMP, GIM, SPM y SIM. Las dos primeras son las descritas de forma más amplia en el mundo e incluyen varios alelos, VIM-1 a VIM-22 e IMP-1 a IMP-24 (). Las otras tres familias, SPM-1 (Brasil), GIM-1 (Alemania) y SIM-1 (Australia), se han reportado exclusivamente en su país de origen en aislamientos clínicos de P.

aeruginosa y A. baumannii.7 De modo adicional, las familias VIM e IMP se han informado también en enterobacterias como Escherichia coli y Klebsiella pneumoniae,8 En México existen varios reportes que documentan brotes intrahospitalarios por K. pneumoniae productora de SHV-5 y SHV-2, 9,10 además de la enzima TLA-1 que es una BLEE endémica de México y que se identificó en un aislamiento clínico de E.

Coli.11,12 Estas enzimas también se han reconocido en aislamientos clínicos de Serratia marcescens, Klebsiella variicola y Enterobacter cloacae.13-15 Con respecto a las MbL, las variantes IMP-15 e IMP-18 se identificaron en aislamientos clínicos de P.
Aeruginosa de un hospital de la ciudad de Guadalajara,16,17 Resulta de interés que el gen que codifica a esta primera enzima (IMP-15) se reconociera en un aislamiento de P.

aeruginosa aislada de un paciente en un hospital de Kentucky (EUA), que previamente había sido hospitalizado en México.16,18 Estructura molecular de la multirresistencia Los genes de resistencia a los diferentes antimicrobianos se relacionan con elementos genéticos móviles, como plásmidos, transposones e integrones.19 Estos últimos son elementos de expresión genética que incorporan genes sin promotor, de tal modo que se convierten en genes funcionales. Impacto de la genómica en la resistencia bacteriana La genómica surge con el desarrollo de técnicas de biología molecular que permiten la secuenciación de genomas completos, lo que supone el análisis del contenido de genes de un microorganismo como el caso de las bacterias.

En la actualidad se han secuenciado 770 genomas microbianos y 1 287 se encuentran en proceso (). El análisis de los genomas bacterianos indica que un gran número de genes se ha adquirido por transferencia horizontal. Los genes de un genoma bacteriano son muy similares respecto de su composición de bases y patrón en el uso de codones.

Algunas de las secuencias que son nuevas en un genoma bacteriano, y que se introdujeron a través de transferencia horizontal, presentan variación en su contenido total de G+C y pueden en ciertos casos diferenciarse de las secuencias propias debido a que mantienen las características del genoma donador.

Por consiguiente, la oportunidad de identificar secuencias conservadas vinculadas con elementos genéticos móviles no descritos se ha incrementado, como es el caso de los integrones y su relación con los transposones.
Estos estudios han generado nuevos conocimientos sobre la transferencia horizontal de genes y sugieren una amplia distribución en el ambiente natural.19,20 A partir del análisis de la secuencia de genomas bacterianos se pueden identificar genes y proteínas esenciales para la sobrevivencia de la bacteria (véase un ejemplo más adelante) y, a partir de esta información, “diseñar” nuevos antibióticos que inhiban el crecimiento bacteriano.26 La genómica y la identificación de nuevos blancos a fármacos Debido a la creciente necesidad de desarrollar nuevas clases de antibióticos para combatir bacterias resistentes a los antibióticos, se ha propuesto la identificación de nuevos blancos bacterianos mediante la secuenciación y análisis de los genomas que incluyen la genómica comparativa y la genética molecular.

Por su parte, la química y biología estructural están encaminadas a comprender las interacciones entre las sustancias y susblancos biológicos. Varias estrategias sehan intentado para identificar nuevos antibióticos que incluyan otras estructuras además de las ya estudiadas y otras clases funcionales que actúen en patógenos bacterianos multirresistentes, además de ampliar y extender la vida media útil del antibiótico para obtener un mejor éxito durante la terapia antimicrobiana.

Por lo regular se han utilizado tres blancos bacterianos: las PBP, los ribosomas y la ADN girasa.Sin embargo, los antibióticos que actúan sobre estos blancoshan disminuido su efectividaddebido a la multirresistencia, Hoy en día, los avances de la genómica han permitido identificar cientos de nuevos posibles candidatos como blancos bacterianos para inhibir el crecimiento bacteriano.Un blanco preferido ha sido la membrana bacteriana, con el objetivo de afectar la síntesis de los ácidos grasos que la componen.27 Otra alternativa propuesta es la limitación de la capacidad mutagénica en la bacteria que interfiere con los genes activados en los mecanismos de reparación del ADN.28 El análisis bioinformático de más de tres docenas de genomas microbianos ha permitido identificar algunos blancos exclusivos en bacterias patógenas en las que actúan los antibióticos.

Un ejemplo es la bacteria E. coli cuyo genoma contiene 4 289 genes; éstos se compararon con siete genomas de bacterias patógenas que causan enfermedades respiratorias, incluidos los genomas de P. aeruginosa, Haemophilus influenzae y Streptococcus pneumoniae,

El resultado de este estudio identificó 246 genes conservados entre siete especies bacterianas, de los cuales 68 no se encontraron en el genoma humano; de éstos, cerca de 50% (34/68) correspondió a funciones desconocidas y 16 de ellos a funciones no esenciales; otros 18 desempeñaban funciones esenciales, incluidos los blancos para las quinolonas y los macrólidos.

De estos últimos, sólo tres se seleccionaron como posibles candidatos blanco para nuevos fármacos antibacterianos que podrían utilizarse para combatir las infecciones producidas por estos patógenos. De esta forma, el propósito del análisis computacional de los genomas microbianos es vincular los genes que tengan una función desconocida y clasificarlos de acuerdo con las estructuras previamente conocidas para establecer su estructura, inferir su función y la posible acción que desempeñan en el desarrollo de la bacteria.

De forma paralela a estos estudios ha proseguido la búsqueda de otros blancos bacterianos tradicionales incluidos en la síntesis de la pared celular, síntesis de proteínas, replicación y reparación del ADN; la intención es diseñar nuevos antibióticos que actúen de manera más eficaz sobre estos blancos.3 Herramientas de la genómica y la proteómica para el estudio de la resistencia bacteriana Una detección oportuna de la resistencia a los antibióticos en las bacterias causantes de infecciones nosocomiales aporta información relevante para instituir un tratamiento adecuado y exitoso.

En el campo de la microbiología se han desarrollado diferentes pruebas de laboratorio, como las tiras E-test, discos impregnados con antibiótico, medios cromogénicos, etc., para identificar de manera convencional el patrón de resistencia a los antibióticos, y los posibles mecanismos de resistencia, como la producción de BLEE en enterobacteriaso MbL en bacilos gramnegativos no fermentadores.6,29 En relación con el empleo de métodos moleculares para detectar los mecanismos de resistencia, éstos se desarrollan mediante diferentes estrategias: a) hibridación ADN-ADN con una sonda de ADN marcada con fluorescencia; la metodología consiste en la identificación de una secuencia específica de ADN (gen que codifica a una resistencia) mediante el reconocimiento de la secuencia homóloga en el ADN en varias muestras clínicas o bacterianas; b) amplificación por PCR de un gen específico; esta técnica amplía en forma exponencial un gen específico de interés (p.

ej., β -lactamasas); c) polimorfismo de fragmentos largos derestricción (RFLP), que se basa en el análisis del patrón de restricción de los fragmentos de ADN generados por una enzima de restricción que previamente se amplificaron por PCR; esta prueba puede detectar mutaciones puntuales en el ADN que alteren el número de sitios de restricción de la enzima empleada; d) secuenciación nucleotídica de ADN, que consiste en la identificación de la secuencia de las cuatro bases que componen el ADN mediante una síntesis de ADN in vitro (técnica de Sanger);esta secuencia puede utilizarse para inferir la secuencia de aminoácidos que componen a la proteína que codifica este ADN e identificar las posibles alteraciones (mutaciones) al compararse con el gen silvestre.30,31 En la actualidad se utilizan nucleótidos marcados con fluorescencia que permite una secuenciación de ADN automatizada y de alto rendimiento.32 Estas metodologías son muy útiles y se emplean en forma regular en laboratorios de biología molecular.

Sin embargo, en fecha reciente se han desarrollado otras metodologías novedosas que aportan conocimientos nuevos al campo de la genómica y la proteómica. En el caso de la primera se han desarrollado metodologías que permiten determinarel número de copias deun gen en un genoma bacteriano, basado en PCR en tiempo real, “pirosecuenciación” (denominada así por la liberación de pirofosfato durante la reacción) y microarreglos del ADN empleado para obtener una pronta genotipificación de expresión de proteínas (p.

ej., β -lactamasas). Con respecto a la proteómica, se ha utilizado la espectrometría de masas para identificar polimorfismos y genotipificación de diferentes proteínas en una sola muestra. En cuanto al área de la bioinformática, se ha desarrollado una gran cantidad de bases de datos con información biomédica y asimismo se han realizado programas computacionales empleados para establecer las vías de evolución de los genes que codifican a las β -lactamasas de distribución mundial.31,33 A continuación se describen algunas de estas metodologías empleadas en el estudio de la resistencia bacteriana.

PCR en tiempo real Esta metodología permite la amplificación y detección simultáneas de fragmentos de ADN(gen de interés) gracias a la emisión de fluorescencia, que se relaciona de manera directa con la cantidad de ADN amplificado en cada ciclo, lo cual permite establecer y registrar continuamente la cinética de la reacción.33 Con esta técnica es posible determinar la coexistencia de diferentes alelos de β -lactamasas tipo SHV (BLEE y no BLEE) en un mismo aislamiento clínico.

La coexistencia de ambos alelos favorece por una parte la resistencia a grandes concentraciones de penicilina debido a la expresión de la enzima TEM-1 (no BLEE) y cefalosporinas de tercera generación por parte de la enzima SHV-5 (BLEE).
Esto se refleja en un tratamiento fallido con este tipo de antibióticos.34 Por otra parte, Hammond y colaboradores 35 cuantificaron el número de copias del gen que codifica a la b-lactamasa SHV en un mismo aislamiento clínico.

La identificación de más de un alelo en aislamientos clínicos individuales es una norma (más que la excepción) y existe una relación estrecha entre los niveles de resistencia a las cefalosporinas y el número de copias de BLEE, como se ha determinado para el alelo SHV-12.

Estos resultados son recientes e indican que el aumento de las concentraciones mínimas inhibitorias para combatir a las bacterias aumenta simplemente al duplicar el número de copias de una BLEE. Como ya se comentó, la familia SHV incluye mutaciones puntuales que les permiten hidrolizar a las cefalosporinas de tercera generación; las dos mutaciones más identificadas son gli238ser y glu240lis, que suelen ser dominantes sobre las mutaciones que no confieren la actividad contra las cefalosporinas.

El diseño deoligonucleótidos específicos para la detección de estas mutaciones se ha desarrollado y empleado en la técnica de PCR en tiempo real mediante SYBR-Green como reactivo de detección.35 De modo adicional, esta metodología se ha empleado con éxito para reconocer a las dos familias principales de MbL (VIM e IMP) en aislamientos clínicos de P.

Aeruginosa,
Pirosecuenciación de ADN Esta metodología se basa en la detección de la señal quimioluminiscente emitida por el pirofosfato (PPi) liberado por la incorporación del nucleótido en la síntesis del ADN.
Una cámara de detección de fotones capta la señal y se traduce como la adición de un nucleótido, lo que genera una secuencia individual.

Esta técnica se usa en la secuencia de genomas bacterianos, con una capacidad de descifrar 100 millones (10 megabases) de fragmentos de aproximadamente 250 bases en un tiempo de cuatro horas.36 Dicha técnica también es una herramienta rápida y confiable en la identificación de diferentes alelos, como es el caso del reconocimiento de genes de β -lactamasas tipo CTX-M y OXAen A.

Baumannii,37 En este trabajo se diferenciaron tres variantes de β -lactamasas tipo OXA, incluidos 51 aislamientos en un ensayo de 20 minutos.38 Este grupo de genes ha cobrado importancia porque confiere resistencia a los carbapenémicos, los antibióticos de última elección terapéutica.
Más aún, este método se ha empleado para la identificación de mutaciones en el gen gyrA en relación con la resistencia a la ciprofloxacina en aislamientos de Neisseria gonorrhoeae, 39 asícomo en el reconocimiento de la resistencia a macrólidos mediante la detección de mutaciones en el gen RNAr 23S en cinco diferentes especies bacterianas.40 La combinación de las técnicas de PCR en tiempo real y la pirosecuenciación es una herramienta molecular muy útil en estudios epidemiológicos para la identificación rápida de genes o mezcla de alelos deenzimas que confieren la resistencia a los b-lactámicos en aislamientos clínicos productores de BLEE o MbL y la inclusión de genes que confieren resistencia a diferentes grupos de antibióticos.

Espectrometría de masas (MALDI-TOF) Ésta es una tecnología analítica esencial de la proteómica, cuenta con una alta capacidad de análisis, sensibilidad y precisión en la determinación de las masas moleculares de péptidos y proteínas y proporciona información sobre la composición molecular obtenida de la masa molecular.

El instrumento que emplea esta técnica es elespectrómetro de masas, MALDI-TOF (Matrix-Assisted Laser Desorption/Ionisation, MALDI), que se basa en la generación de iones por deserción e ionización mediante la inducción por láser. Estos iones se aceleran en un campo eléctrico y penetran en un tubo de vuelo libre sin campo eléctrico alguno, lo cual lleva a un ion a alcanzar al detector.

Sus aplicaciones incluyen la elucidación estructural de moléculas orgánicas e inorgánicas, identificación, detección ycuantificación de trazas, metabolismo de los fármacos, análisis de péptidos, proteínas y nucleótidos, entre otros. Una recienteaplicación deesta metodología ha sido la identificación de variaciones en las proteínas que indican diferencias en la secuencia nucleotídica del gen, por ejemplo sustituciones de una simple base, inserciones y deleciones que se reflejan en diferencias en las proteínas.41 En cuanto al estudio de la resistencia bacteriana, existen pocos reportes, si bien esta técnica se ha empleado en la detección de mutantes de β -lactamasas y las mezclas de diferentes enzimas de la misma familia TEM o SHV, en un mismo aislamiento clínico con resultados ampliamente reproducibles.

Este estudio identificó mutaciones puntuales nuevas y otras ya descritas antes en las publicaciones en 21 diferentes aislamientos clínicos de K. pneumoniae, La MALDI-TOF parece ser una herramienta ideal para el análisis de polimorfismos de secuencias en genes relacionados con resistencia bacteriana.31 Microarreglos de ADN El principio de esta técnica se basa en una hibridación de ácidos nucleicos.

El microarreglo de ADN de alta densidad incluye la inmovilización de hasta 400 000 secuencias de ADN conocidas incluidas en oligonucleótidos que se sintetizan in situ sobre una superficie de vidrio en un área no mayor de una pulgada cuadrada; en esta superficie se puede explorar la expresión hasta de 13 000 genes de forma simultánea mediante la hibridación de cDNA obtenido de cultivos bacterianos crecidos en condiciones diferentes o productos de PCR marcados en forma diferencial.

La lectura de la información obtenida se realiza por medio de sistemas de software específicamente diseñados para analizar este número de datos que se obtienen de los microarreglos.42 Los estudios de genotipificación de la resistencia a los antibióticos mediante microarreglos de ADN son escasos, aunque esta técnica se ha utilizado en aislamientos clínicos de micobacterias con resistencia a múltiples fármacos, 43 N.

gonorrhoeae 44 y en la genotipificación de β -lactamasas tipo TEM.45 En este último caso se desarrolló un microarreglo con oligonucleótidos inmovilizados para la identificación de polimorfismos de genes con un solo nucleótido de diferencia (SNP); dicho ensayo incluyó 96% de los genes que codifican a las β -lactamasas tipo TEM descritas en la actualidad, incluidos los fenotipos BLEE y TRI (TEM resistente a inhibidores, como el ácido clavulánico).

El ensayo incluyó el ADN de aislamientos clínicos de E. coli, E. cloacae y K. pneumoniae productores de BLEE. Este ADN se amplificó mediante PCR con oligonucleótidos de consenso en presencia de nucleótidos marcados con fluorescencia. La genotipificación discriminó 102 de las 106 variantes incluidas notificadas en fecha reciente.

Este ensayo ofrece una opción atractiva para la identificación y vigilancia epidemiológica de las β -lactamasas tipo TEM, así como la detección de la diseminación de los genes de resistencia en el ambiente hospitalario.45 Bioinformática La bioinformática es un campo de la ciencia en el cual confluyen varias disciplinas: biología, computación y tecnología de la información.

Esta definición procede del NCBI (Centro Nacional para la Información Biotecnológica de EUA) y tiene como objetivo crear bases de datos públicas de libre acceso, crear investigación en biología computacional, desarrollar programas para análisis de secuencias y difundir la información biomédica (). Hoy día se dispone de varias bases de datos (ENTREZ, ) con información biológica; los investigadores pueden acceder a los datos existentes y suministrar o revisar datos, así como utilizar la información para realizar análisis comparativos entre secuencias de nucleótidos y aminoácidos.

En el campo de la resistencia bacteriana, la bioinformática se emplea para la asignación funcional de genes por medio de comparaciones con secuencias (ADN o proteínas) previamente existentes en el GenBank. La base de datos de genomas completos provee una gran variedad de cromosomas, mapas físicos y genéticos de los genomas.

Esta base está organizada en los siguientes grupos de organismos: Archaea, bacteria, eucaria, virus, viroides y plásmidos.
Por otro parte, diferentes grupos de investigación han desarrollado programas bioinformáticos para resolver diferentes interrogantes, como es el caso del programa EvolConnEval, el cual tiene como finalidad establecervías de evolución en diferentes familias de moléculas, por ejemplo las BLEE derivadas de la familia SHV, y conocer los mecanismos de movilización de estas variantes.

Gracias a este programa se han establecido dos principales vías de evolución de los alelos SHV, ambas vías evolucionadas a partir del alelo silvestre SHV-1 del cromosoma de K. pneumoniae, Las mutaciones encargadas del fenotipo de espectro extendido se seleccionaron en forma independiente y su diseminación ocurrió mediante movilización genética.

Asimismo, el desarrollo de este tipo de programas bioinformáticos permite elucidar la evolución y movilización de los genes que codifican a las β -lactamasas; en un futuro será posible predecir la generación de nuevas variaciones de la familia SHV con la capacidad de hidrolizar nuevos sustratos.46 Conclusiones Gracias al desarrollo tecnológico disponible en la actualidad pueden conocerse en forma más precisa y estrecha la fisiología y la estructura molecular de los agentes causantes de infecciones producidas por las bacterias.

Esto facilitará el diseño de nuevos y mejores fármacos dirigidos a blancos previos y otros que inhiban de manera específica el crecimiento bacteriano. Por otra parte, aunque no todas las herramientas moleculares novedosas se han usado ampliamente en el campo de la resistencia bacteriana, los estudios realizados hasta el momento proporcionan datos epidemiológicos para la detección rápida y oportuna de genes contenidos en bacterias multirresistentes, de tal modo que sean posibles un diagnóstico y un tratamiento más efectivos.

En el caso de la secuenciación masiva de genomas bacterianos se generará información relevante que permite identificar nuevos blancos a fármacos en las bacterias. Con estas herramientas se podrán realizar estudios epidemiológicos que hagan posible identificar poblaciones de bacterias resistentes a antibióticos y la diseminación de los genes que confieren la resistencia en diferentes nichos ecológicos.

Sin embargo, un hecho importante que debe considerarse es la prevención del surgimiento de bacterias resistentes a los antibióticos mediante el uso prudente de antibióticos y prolongar la efectividad de los medicamentos disponibles en la actualidad. Referencias 1.

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Identification of CTX-M-type extended-spectrum-beta-lactamase genes using real-time PCR and pyrosequencing. Antimicrob Agents Chemother 2007;51:223-230.39. Gharizadeh B, Akhras M, Unemo M, Wretlind B, Nyren P, Pourmand N. Detection of gyrA mutations associated with ciprofloxacin resistance in Neisseria gonorrhoeae by rapid and reliable pre-programmed short DNA sequencing.

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Haanpera M, Huovinen P, Jalava J.
Detection and quantification of macrolide resistance mutations at positions 2058 and 2059 of the 23S rRNA gene by pyrosequencing.
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Protein sequence information by matrix-assisted laser desorption/ionization in-source decay mass spectrometry.

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Booth SA, Drebot MA, Martin IE, Ng LK.
Design of oligonucleotide arrays to detect point mutations: molecular typing of antibiotic resistant strains of Neisseria gonorrhoeae and hantavirus infected deer mice.
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¿Cómo funciona el ADN bacteriano?

Todos los organismos contienen ADN. Esta macromolécula asombrosa codifica toda la información necesitada para programar las actividades de las células incluyendo la reproducción, el metabolismo y otras funciones especializadas. La ADN se abarca de dos filamentos de nucleótidos.

Cada nucleótidos contiene un fosfato, un azúcar de 5 carbones (2-desoxirribo) y una de cuatro bases nitrogenadas: adenina, citosina, timina guanina. El fosfato y el azúcar componen la espina dorsal de cada filamento de ADN, mientras que las bases son responsables de sostener los dos filamentos juntos vía enlaces del hidrógeno en una estructura llamada la hélice doble (véase la figura arriba).

El orden de las bases en un filamento de la ADN contiene la información genética cifrada. Toda la ADN encontrada en un organismo se refiere colectivamente como el genoma. El genoma humano se abarca de 23 pares de cromosomas lineares, y de aproximadamente 3000 megabases (Mb) de ADN, mientras que el genoma de Escherichia coli consiste en un solo cromosoma de la circular del Mb 4.6.

Estudiando los genomas de bacterias podemos entender mejor sus capacidades metabólicas, su capacidad de causar enfermedad y también su capacidad de sobrevivir en ambientes extremos. Muchos de los organismos modelo bacterianos bien estudiados, tales como E. coli, tienen un solo cromosoma circular. Sin embargo, los avances en genética molecular han demostrado que las bacterias poseen arreglos más complejos de su material genético que simplemente un solo cromosoma circular.

Algunos genomas bacterianos se abarcan de cromosomas múltiples o plasmidos y muchas bacterias contienen copias múltiples de su genoma por cada célula. Los siguientes son algunos ejemplos de bacterias con genomas inusuales.

¿Qué proceso de intercambio de ADN ocurre en las bacterias?

Conjugación: transferencia del material hereditario ( ADN ) de una bacteria donadora a otra receptora. Requiere el contacto físico entre las dos estirpes bacterianas, la donadora y la receptora. El contacto físico se establece a través de los pili-F de la bacteria donadora formándose un tubo de conjugación.

¿Por qué se llaman celulas diana?

Célula objetivo, célula diana, célula blanco ( Target cell en inglés) es un término aplicado en endocrinología a la célula que presenta un receptor específico que se une a su hormona circulante, desencadenando o no una respuesta bioquímica o fisiológica. La mayor parte de los 75 billones ( 75 × 10 12 ) de células en un ser humano, son blanco para una o más de las 50 hormonas conocidas.

¿Por qué se les llama órganos diana?

Por Qué La Dna Girasa Es La Diana Molecular De Numerosos Antibióticos El concepto “órgano diana” en la diabetes se ha aplicado en relación a los órganos que sufren daño de forma secundaria a la evolución de la enfermedad ojo, sistema nervioso periférico, riñón, corazón, arterias periféricas y sistema nervioso central. Un control metabólico más estricto de la DM2, especialmente si este se instaura desde las fases iniciales de la enfermedad, en gente de edad más joven y que aún no hayan experimentado eventos cardiovasculares mayores, se traducirá en una disminución de la incidencia de retinopatía, de neuropatía y de nefropatía diabéticas y en una “memoria metabólica” que protegerá al paciente de eventos en el futuro a largo plazo.

¿Cómo son las dianas?

Qué son las dianas de autoevaluación – Por Qué La Dna Girasa Es La Diana Molecular De Numerosos Antibióticos Otra de las formas de conseguirlo son las dianas de autoevaluación, Se trata de un sistema de evaluación visual en el que se dibuja una diana con círculos concéntricos que varían su tamaño. A su vez, estos se dividen por líneas rectas creando porciones: cada una representa un aspecto concreto a evaluar y se van coloreando cuando los resultados son positivos.

Así, cuanta más superficie tenga color, mayor es el éxito obtenido, A nivel gráfico se pueden emplear un sistema de puntos que, tras unirlos, crea un gráfico de araña en el que se identifica con facilidad en qué hay que incidir. También se pueden emplear un degradado de colores que rellene toda la sección elegida para marcar el grado de satisfacción a través de los distintos tonos.

Mediante esta representación gráfica es fácil comparar los resultados en dos momentos diferentes del aprendizaje. Por ejemplo, al inicio y al final del trimestre.

¿Cómo son las dianas?

Así, cuanta más superficie tenga color, mayor es el éxito obtenido,
A nivel gráfico se pueden emplear un sistema de puntos que, tras unirlos, crea un gráfico de araña en el que se identifica con facilidad en qué hay que incidir.
También se pueden emplear un degradado de colores que rellene toda la sección elegida para marcar el grado de satisfacción a través de los distintos tonos.

Mediante esta representación gráfica es fácil comparar los resultados en dos momentos diferentes del aprendizaje. Por ejemplo, al inicio y al final del trimestre.

¿Qué es la diana en las bacterias?

Estas dianas se definen como proteínas o procesos que son esenciales para la supervivencia bacteriana, como por ejemplo la pared celular o los ribosomas.

¿Cómo identificar una diana terapeutica?

La identificación y validación de nuevas dianas terapéuticas es una de las principales áreas de interés en el campo del descubrimiento de fármacos. Las dianas terapéuticas son aquellas estructuras moleculares susceptibles de ser moduladas por la acción de un fármaco.

Como resultado de la interacción entre la diana y el fármaco se produce un efecto terapéutico.
La determinación y caracterización de propiedades distintivas tanto de los genes que constituyen dianas terapéuticas como de aquellos otros asociados a enfermedades o implicados en la respuesta a fármacos es de vital importancia en este contexto, ya que constituye el punto de partida para poder predecir nuevas entidades potenciales.

Las herramientas in silico – bioinformáticas y bioestadísticas – constituyen un recurso muy útil para la caracterización de estos genes y la predicción de potenciales dianas. Así, en este trabajo de tesis, empleando algunas de estas herramientas e información disponible en bases de datos públicas, se han llevado a cabo distintos análisis para investigar en profundidad diversos atributos de los genes codificantes de proteínas que constituyen dianas terapéuticas.

En primer lugar se ha realizado un estudio comparativo de ratios de variantes no-sinónimas y sinónimas (NS/S) en varias categorías de genes asociados a enfermedades y fármacos. Del mismo modo se ha investigado la existencia de posibles diferencias entre poblaciones. En segundo lugar se han explorado las propiedades topológicas de las dianas terapéuticas en el contexto de redes de interacción proteína-proteína con el propósito de identificar atributos comunes a las dianas terapéuticas y a su vez identificar nuevas dianas potenciales.

Para ello se han estudiado las relaciones entre los nodos correspondientes a proteínas que constituyen dianas para fármacos aprobados y los nodos correspondientes a proteínas asociadas a la indicación de dichos fármacos. Por último se han empleado los modelos aditivos generalizados (GAM) para construir un clasificador binario que permita evaluar la capacidad predictiva de diferentes tipos de propiedades para predecir nuevas dianas potenciales y al mismo tiempo explorar la relación de estos atributos con la respuesta.

Para ello se ha introducido un método exhaustivo de selección de variables basado en el Área bajo la Curva (AUC) e intervalos de confianza bootstrap. De los resultados obtenidos de este trabajo de investigación se extraen una serie de conclusiones tanto metodológicas como aplicadas. Respecto al primer trabajo, destacamos la validación del ratio NS/S como atributo asociado a las dianas terapéuticas y su utilidad para inferir la presión selectiva a la que está sometido un grupo de genes.

Mientras que los genes asociados a enfermedades y que constituyen dianas terapéuticas presentan un ratio significativamente inferior al del conjunto total de genes codificantes de proteínas, los genes implicados en la respuesta a fármacos presentan un ratio más alto, particularmente en el caso de variantes raras.

Asimismo, la implementación de contrastes de hipótesis basados en remuestreo nos ha permitido controlar el efecto de diferentes factores que pueden afectar a las diferencias observadas entre diferentes categorías de genes.
Las distintas aproximaciones empleadas para el cálculo de los ratios presentan un alto grado de correlación con otras metodologías más habituales empleadas en este contexto.

En relación al segundo estudio, se han determinado una serie de nodos de interés dentro de la red de interacción proteína-proteína para ser explorados en profundidad como candidatos para posibles ensayos de actividad farmacológica. Respecto al uso de grafos para el análisis de redes de interacciones proteína-proteína, el cómputo de diferentes parámetros a partir de la matriz de distancias nos ha permitido explorar las relaciones fármaco -indicación para diferentes tipos de dianas.

Por último, mediante el uso de modelos GAM, hemos identificado un conjunto de nuevas dianas potenciales y hemos podido interpretar biológicamente la relación de cada una de las variables predictoras que forman parte del modelo con la respuesta.
El empleo de metodología GAM en el contexto de la predicción de dianas terapéuticas nos ha permitido obtener modelos con una elevada capacidad predictiva.

La introducción de un método exhaustivo de selección de variables nos ha permitido a su vez obtener modelos más sencillos y fácilmente interpretables.

¿Cómo se clasifican los grupos de antibióticos?

Clasificación según el efecto de su acción – Según el efecto de su acción sobre las bacterias, los antibióticos se clasifican en bacteriostáticos y bactericidas, y depende de si la acción consiste en inhibir el crecimiento o lisar la bacteria, respectivamente.

Esta clasificación es bastante inexacta, pues estos términos varían en dependencia del tipo de germen y de la concentración del antibiótico, como es por ejemplo, el caso del cloramfenicol que se comporta como bacteriostático frente a la E.
Coli y otros microorganismos y como bactericida frente a algunas cepas de S.

pneumoniae, N. meningitidis y H. influenzae. Similar es el caso de la penicilina, la cual es bactericida frente a los cocos grampositivos, con excepción de los enterococos frente a los cuales se comporta como bacteriostático debido a que, a pesar de inhibir la formación de la pared bacteriana, no activa las enzimas autolíticas intrabacterianas; así como frente al S.