Una recerca de la UB revela que el zinc és capaç de modular la virulència del bacteri ‘Escherichia coli’

El zinc és capaç de modular la virulència del bacteri Escherichia coli, un patogen que provoca infeccions d’orina en els humans, segons un nou treball publicat a la revista Scientific Reports i dirigit pel professor Carlos Balsalobre, de la Facultat de Biologia de la UB. La nova recerca revela per primer cop que el zinc és capaç de regular l’expressió de factors de virulència bacteriana —en concret, l’alfa-hemolisina—, que és una exotoxina produïda per algunes soques patògenes d’Escherichia coli.

També participen en la recerca la professora Annabel Valledor, de la mateixa Facultat de Biologia, i els joves investigadors de la UB Elsa Velasco, Marianna Sanet, Jorge Fernández Vázquez, Daniel Jové i Estibaliz Glaría, a més dels experts Suning Wang i Thomas V. O’Halloran, de la Northwestern University (Estats Units).

Cada any es diagnostiquen uns 150 milions de nous casos d’infecció d’orina arreu del món, la majoria dels quals són causats per bacteris. Aquesta patologia, que sovint és recurrent, afecta més les dones i pot generar altres complicacions de salut si no es tracten a temps. Entre un 70 i un 80 % de les infeccions són causades per soques uropatògenes de l’E. coli, una espècie bacteriana amb una àmplia bateria de factors implicats en la seva virulència (per exemple l’alfa-hemolisina, una de les toxines bacterianes més ben caracteritzades, amb efectes citotòxics sobre les cèl·lules). En concret, l’alfa-hemolisina produeix efectes citotòxics sobre les cèl·lules epitelials de la bufeta durant el procés infecciós. 
 
Un metall essencial per a la vida i tòxic en altes concentracions 

El zinc és un metall pesant que és essencial per a la fisiologia cel·lular. La respiració cel·lular, la replicació de l’ADN i l’ARN, la senyalització intracel·lular i la síntesi proteica són alguns dels processos bàsics per a la vida on el zinc és imprescindible. Ara bé, aquest element és tòxic en concentracions elevades, motiu pel qual la regulació dels nivells de zinc intracel·lular (homeòstasi) és una maquinària finament controlada. 

Tal com explica el professor Carlos Balsalobre, del Departament de Genètica, Microbiologia i Estadística de la UB, «el nivell de concentració del zinc a l’intestí, a l’orina i en el medi intracel·lular —uns àmbits que colonitza el bacteri E. coli — pot variar en un rang ampli».

«En el cas de l’intestí, que té altes concentracions de zinc, l’alfa-hemolisina deixa d’expressar-se, i l’E.coli uropatògena no sol generar infeccions. Ara bé, si disminueix la concentració del metall —per exemple, en el tracte urinari— aquesta toxina passa a expressar-se en grans quantitats. A més, durant el procés infecciós el bacteri també penetra dins les cèl·lules, un medi on les concentracions de zinc poden ser encara més baixes», detalla Balsalobre. 

Zinc i alfa-hemolisina: un mecanisme al descobert

Potenciar el creixement bacterià in vitro i en absència de zinc ha estat un dels reptes metodològics més complexos del nou treball. Per això, es va haver d’eliminar els metalls del medi amb agents quelants i després va afegir-hi els elements bàsics (a excepció del zinc). En paral·lel, la col·laboració amb l’equip del professor Thomas O’Halloran, de la Northwestern University, va ser decisiva per poder treballar amb la proteïna Zur purificada.

El zinc s’uneix al factor de transcripció Zur (zinc uptake regulator) i afavoreix la seva unió a l’ADN (en concret, a la regió promotora dels gens que regula). Tal com explica Elsa Velasco, primera autora del treball, «com a resultat d’aquesta unió, queda interrompuda la transcripció i, per tant, també l’expressió gènica. Així doncs, en presència de zinc, els gens regulats per Zur es troben silenciats. En canvi, en absència de zinc, el factor Zur no es pot unir a l’ADN i els gens regulats per aquest factor de transcripció passen a expressar-se».

Segons la nova recerca, «alguns gens que codifiquen per l’hemolisina tenen un lloc d’unió per al regulador Zur a la regió promotora», continua Velasco. «Per això, l’expressió gènica d’aquesta toxina està afectada pels nivells de zinc que hi ha al medi». 

Entre el 40 i el 50 % de les soques uropatògenes d’E. coli són capaces d’expressar l’alfa-hemolisina. Ara bé, no tots els gens relacionats amb la producció de l’hemolisina responen al zinc. Fins avui, s’han identificat dos tipus de gens que participen en la síntesi de l’alfa-hemolisina en les E. coli uropatògenes. La nova recerca demostra per primer cop que són sistemes regulats d’una manera diferent. 

Noves estratègies per lluitar contra els bacteris multiresistents 

Molts bacteris són imbatibles amb els medicaments coneguts fins ara. Algunes infeccions bacterianes que han estat vençudes durant anys amb els tractaments farmacològics ja no responen als antibiòtics, ni tan sols als més nous. Avui en dia, la resistència bacteriana és una de les grans amenaces per a la salut global, i per això representa també un problema per als pacients afectats per infeccions d’orina recurrents.

Conèixer amb més detalls els mecanismes de regulació dels factors de virulència de l’E. coli uropatògena permetrà conèixer millor com actua aquest bacteri durant el procés infecciós (és a dir, quins elements i estratègies fa servir per envair els teixits biològics). El nou treball liderat per la UB aporta noves eines al coneixement per impulsar nous tractaments terapèutics dissenyats de manera específica que ajudin a lluitar contra algunes fases clau del procés infecciós bacterià. ♦