Reconstrucción ancestral de una β-lactamasa y comparativa con sus homólogos actuales

• Autores: Gonzalo Fernández Balaguer, Carmen del Águila de la Puente, Carolina Hurtado Marcos, Rubén Agudo Torres
• Localización: Anales de la Real Academia Nacional de Farmacia, ISSN-e 1697-4298, ISSN 0034-0618, Vol. 87, Nº. 2, 2021, págs. 155-170
• Idioma: español
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    Las β-lactamasas son proteínas de origen bacteriano que se caracterizan por hidrolizar los antibióticos β-lactámicos, confiriendo resistencia microbiana ante estos. Son una familia heterogénea de proteínas muy relevantes desde el punto de vista sanitario debido a la facilidad que presentan para adquirir resistencia a nuevos fármacos por su alta capacidad de evolución.

    La evolución in vitro de estas proteínas ha servido, no solo para desarrollar su caracterización y mejorar su conocimiento, sino como una nueva línea de investigación que permite identificar de manera predictiva residuos implicados en la adquisición de resistencia frente antibióticos.

    Al mismo tiempo, el método de reconstrucción ancestral de proteínas se ha revelado como una herramienta novedosa y útil para comprender la evolución de las β- lactamasas y entender algunas de sus características como es su promiscuidad.

    En este trabajo, se ha realizado un estudio de β-lactamasas ancestrales reconstruidas a partir de la filogenia de β-lactamasas existentes de clase A. De las cuatro proteínas ancestrales estudiadas, se ha obtenido una que es funcional y se ha comparado su actividad hidrolítica con la de cuatro de sus homólogos actuales frente a ocho fármacos β-lactámicos. Se ha comprobado que esta proteína ancestral tiene una actividad frente a antibióticos más generalista que cualquier de las proteínas actuales estudiadas. Además, la proteína ancestral activa mostró más resistencia frente a uno de los fármacos utilizados que el resto de β-lactamasas existentes. Finalmente se han discutido estos resultados y a partir de ellos se argumenta por qué las secuencias ancestrales reconstruidas pueden ser un punto de partida muy atractivo a la hora de realizar evolución dirigida de proteínas para la obtención de proteínas de interés biotecnológico.

  • English

    The β-lactamases are proteins of bacterial origin that are characterized by hydrolyzing antibiotics β-lactams, conferring microbial resistance against them. They are a heterogeneous family of proteins very relevant from a health point of view due to the ease they present to acquire resistance to new drugs due to their high capacity for evolution.

    The in vitro evolution of these proteins has served not only to develop their characterization and improve their knowledge, but as a new line of research that allows to predictively identify residues involved in the acquisition of antibiotic resistance.

    At the same time, the method of ancestral protein reconstruction has been revealed as a novel and useful tool to understand the evolution of β-lactamases and understand some of their characteristics such as their promiscuity.

    In this work, a study of ancestral β-lactamases reconstructed from the phylogeny of existing class A β-lactamases has been carried out. Of the four ancestral proteins studied, one has been obtained that is functional and has compared its hydrolytic activity with that of four of its current counterparts against eight β-lactam drugs. This ancestral protein has been shown to have a more generalistic antibiotic activity than any of the current proteins studied. In addition, the active ancestral protein showed more resistance to one of the drugs used than the rest of β-lactamases existing. Finally these results have been discussed and from them it is argued why reconstructed ancestral sequences can be a very attractive starting point when it comes to direct evolution of proteins for obtaining proteins of biotechnological interest.