Consecuencias del metabolismo de colina en Pseudomonas aeruginosa : Respuestas adaptativas en microorganismos

Objetivos Generales: Mediante el abordaje experimental desde el punto de vista fisiológico, bioquímico y molecular se pretende conocer la respuesta adaptativa de P. aeruginosa frente a diferentes estímulos ambientales tales como osmolaridad, pH y distintos tipos de ayuno nutricional. Objetivos Específicos: Aspectos Bioquímicos a) Se continuarán los estudios de las propiedades cinéticas y fisicoquímicas de la fosforilcolina fosfatasa de P. aeruginosa. b) Se caracterizarán los sistemas de transporte en P. aeruginosa para: compuestos de amonio cuaternario (colina, betaína, carnitina, N-trimetillisina); aminoácidos básicos (lisina, arginina) y ácidos (glutámico); poliaminas y Pi. Se tratará de establecer la presencia o ausencia de proteínas unidoras periplásmicas para estos compuestos. c) Se tratará de establecer la relación entre el metabolismo de colina y otros compuestos de amonio cuaternario con el metabolismo del ácido glutámico y trealosa en P. aeruginosa crecidas en medios iso e hiperosmolares obtenidos con soluciones salinas y solutos no ionizables. d) Se tratará de establecer en P. aeruginosa el recambio o destino metabólico del Pi y colina que se produce cuando la bacteria se enfrenta a diferentes situaciones nutricionales y otros tipos de estímulos tales como pHs extremos y distinta osmolaridad, tanto a nivel de proteínas periplásmicas, citosólicas, de membranas interna y citosólica, fosfolípidos, glucofosfolípidos, glucolípidos y lipopolisacáridos (LPS) y compuestos fosforilados de bajo peso molecular, ej. acetilfosfato, alarmonas, etc. Aspectos Genéticos y Moleculares a) Se obtendrán mutantes de P. aeruginosa con fenotipos característicos relacionados con los puntos anteriores. (...) b) Se construirá la librería genómica de P. aeruginosa en cósmido, plásmido y cDNA. Posteriormente se pretende la identificación, clonado y secuenciación de los genes relacionados con: 1) La síntesis de la fosfatasa ácida, colinesterasa y PLC. 2) El transporte de compuestos de amonio cuaternario, teniendo en cuanta que, al menos para colina, existen dos componententes, uno de alta y otro de baja afinidad. 3) La síntesis de las enzimas responsables de la oxidación de colina hasta betaína, vía la formación de aldehído de betaína. (...) 4) La síntesis de las enzimas responsables de la degradación de betaína hasta glicina. (...) 5) La síntesis de las enzimas responsables del metabolismo de carnitina en condiciones de alta y baja osmolaridad. (...) 6) La adaptabilidad de la bacteria al pH en condiciones de baja osmolaridad. (...)

Aspectos moleculares del metabolismo de colina en Pseudomona aeruginosa

Con la realización de este proyecto se pretende contribuir al conocimiento del metabolismo de colina y de otros compuestos de amonio cuaternario en Pseudomonas aeruginosa . Se enfocará el estudio mediante el abordaje microbiológico y molecular. Se buscarán, mediante mutagénesis química y transposicional, cepas bacterianas alteradas en el metabolismo de colina. Se tendrán en cuenta las que presenten fenotipos negativos en su capacidad de producir fosfatasa ácida, de transportar colina y de osmoprotegerse con betaína. Se caracterizarán las mutantes obtenidas anteriormente a este proyecto (cepa Pa10 y Pa5, afectadas en actividad betaína homocisteína metiltransferasa y colinesterasa, respectivamente) y las próximas por obtener en el laboratorio. Se procederá al análisis molecular mediante el rescate del gen interrumpido por Tn5-751 o Tn5-phoA. Se construirán sondas específicas para tal fin. Se realizarán estudios de complementación en E. coli DH5, utilizando vectores adecuados, mediante técnicas ampliamentes citadas en la bibliografía. Nuestra principal intención es demostrar si existe una relación entre los operones involucrados en la degradación de colina (genes chu), la síntesis de ChE, Ac.Pasa y PLC con los regulones involucrados en la disponibilidad de fosfato (Pho) y de nitrógeno (Ntr).

Regulación transcripcional y relación entre estructura y función de proteínas relacionadas con el metabolismo de colina en Pseudomonas aeruginosa. Transcriptional regulation and relationship between structure and function of proteins related with the choline metabolism in Pseudomonas aeruginosa.

El objetivo general de este proyecto es dilucidar los mecanismos de acción a nivel molecular de enzimas y proteínas involucradas en el metabolismo de colina en Pseudomonas aeruginosa, con énfasis en la identificación de residuos aminoacídicos críticos y regulación de la expresión de los genes en estudio. Los objetivos específicos que se palntean involucran abordajes bioquímicos y moleculares y serán llevados a cabo mediante técnicas de biología molecular y bioquímica (mutación sitio-dirigida, deleción génica, expresión y purificación de proteínas, fusión transcripcional a genes reporteros, etc). Planteo de hipótesis: las proteínas que se inducen por colina (fosforilcolina fosfatasa (PchP), fosfolipasa C (PlcH), acetilcolinestera (AchE), proteínas periplásmicas unidoras de colina (PUch) podrían compartir: a) una organización génica y responder a la regulación por proteínas regulatorias o a factores ambientales de manera similar; b) residuos aminoacídicos conservados que intervengan en la unión o interacción con diferentes ligandos, principalmente, colina. Para ello, se plantean los siguientes Objetivos Específicos: 1) identificar las zonas promotoras de los genes que codifican para PchP, PlcH, AchE y PUch, a fin de localizar posibles sitios de unión a proteínas reguladoras y los factores ambientales que afectan la actividad promotora. 2) determinar en las proteínas mencionadas los residuos aminoacídicos de importancia involucrados en la catálisis y en la interacción con ligandos, principalmente en la unión a compuestos de alquilamonio; 3) Se iniciarán estudios que demuestren la relación entre la inducción por colina de varios factores de patogenicidad la virulencia del microorganismo, empleando mutantes simples o múltiples en estos factores y como modelo de patogenicidad el nematodo C. elegans. A partir de los resultados obtenidos se pretende tener un conocimiento profundo sobre la regulación molecular y bioquímica de varias enzimas comprometidas en la patología que produce P. aeruginosa. Esto más el conocimiento de la fisiología de este microorganismo abre el camino para la búsqueda de posibles blancos de acción de drogas. Por otro lado, se espera tener un conocimiento integral sobre la regulación de la expresión de las actividades enzimáticas relacionadas con el metabolismo de colina y la respuesta de P. aeruginosa ante la presencia de compuestos de alquilamonio utilizados como nutrientes. Se espera conocer el papel que desempeña cada uno de los sitios de unión a los diferentes ligandos para el funcionamiento y control de las enzimas mencionadas y explicar el comportamiento diferencial de las enzimas frente a distintos sustratos y otros ligandos. El conocimiento de los sitios de unión a compuestos de alquilamonio permitirá encontrar esos dominios en diferentes proteínas del género Pseudomonas y otras bacterias Gram negativas. Desde el punto de vista evolutivo, se podrá comparar la similitud de los sitios de unión a colina entre proteínas de organismos eucariotas con procariotas (ej. PUch de bacterias Gram positivas, transportadores de colina, proteína C reactiva, AchE de eucariotas contra las encontradas en bacterias del género Pseudomonas, fosfolipasas A, C o D, etc.). Este proyecto permitirá concretar al menos dos tesis doctorales (Sanchez, Otero) más varios trabajos finales de grado (tesinas) que son y serán realizados por alumnos de la carrera de Microbiología en la UNRC. Les permitirá a los doctorandos y a los alumnos de grado adquirir una formación bastante integral ya que utilizarán herramientas de la fisiología general bacteriana, de la bioquímica clásica, de la biología molecular y de la bioinformática.

Mineralización de sales de amonio cuaternario sintéticas

Mediante el abordaje experimental microbiológico, bioquímico y molecular, se pretende conocer la vía catabólica involucrada en la degradación de compuestos de amonio cuaternario sintéticos y lograr la selección de microorganismos eficientes en la mineralización de estos compuestos. A partir de muestras de agua (piletas de decontaminación, desagües industriales), se seleccionarán e identificarán los microorganismos capaces de utilizar estos compuestos como fuente de carbono y nitrógeno. A través del análisis de los metabolitos intermedios, se tendrá una aproximación de la vía metabólica implicada en el proceso. La misma se confirmará por experimentos respirométricos y ensayos enzimáticos. Se pretende establecer cuál es la relación entre el metabolismo de estas sales sintéticas y el de otros compuestos de amonio cuaternario naturales, tales como colina, betaína y carnitina. Se determinará si cepas de colección que metabolizan colina y carnitina son capaces de adaptarse y utilizar las sales sintéticas y cual es la relación entre los caminos metabólicos. Se obtendrán mutantes de las cepas eficientes en la mineralización con fenotipos característicos relacionados con los puntos anteriores. Ello permitirá la proyección para estudios posteriores de identificación, clonado y secuenciación de genes relacionados al proceso.

Determinación de isómeros ópticos de moléculas de interés farmacéutico mediante técnicas electro-químicas aplicadas a una interfase entre dos electrolitos no miscibles

Los métodos amperométricos aplicados a interfase formadas entre dos electrolitos no miscibles han sido desarrollados a partir de 1979 y desde entonces han adquirido gran importancia debido a sus múltiples aplicaciones en el estudio tanto de las propiedades fisicoquímicas de estas interfases como transporte de iones a través de ellas. Una de las técnicas electroquímicas más utilizadas es voltametría cíclica utilizando sistemas de cuatro electrodos (VCCE). Esta es una importante herramienta analítica ya que permite identificar y cuantificar iones inorgánicos y orgánicos, macrociclos, antibiótico y diferentes moléculas de interés en la química biológica y farmacéutica en muy bajas concentraciones, con la única condición de que el analito tenga carga eléctrica o la pueda adquirir por protonación o por formación de complejos. En este caso, el analito no participa de reacciones de oxidación o reducción: el pasaje del mismo a través de la interfase líquido/líquido produce un pico de corriente voltamétrico cuya magnitud s proporcional a la concentración mientras que el potencial al cual aparece el pico depende de la hidrofobicidad de la sustancia transportadora. Una gran cantidad de especies con actividad farmacéutica ha sido analizada empleando esta técnica. Entre ellas se puede mencionar a antibióticos como monesina, valinomicina, tetraciclina y terramicina, anestésicos locales como procaína, drogas neurotrópicas como benzodiacepinas y neurotransmisores como acetilcolina. (...) Resulta intersante estudiar la factibilidad de aplicar la VCCE al análisis de los enantiómeros de fármacos. L-efedrina es un adrenérgico ampliamente utilizado, cuya eficacia farmacológica depende de la pureza enantiomérica. Por lo tanto, la resolución del par enetiomérico es importante tanto en la producción comercial como en el control de calidad. En términos generales, se intenta aplicar la VCCE al análisis de enantiómeros de ciertos fármacos, en lo que se refiere a la cuantificación y determinación de la actividad fisiológica. Los objetivos específicos son los siguientes: * Estudiar electroquímicamente la formación de complejos de ambos isómeros de efedrina con diferentes ligandos. * Estudiar electroquímicamente la formación de sales de efedrina con un determinado isómero óptico de distintos ácidos. * Analizar la factibilidad de distinguir los enantiómeros de estos fármacos a través de VCCE. * Analizar el pasaje de (D)-Efedrina y (L)-efedrina a través de una monocapa de (L) dibehenoil fosfatidil colina. Establecer diferencias y correlacionar estos hechos con la diferente actividad fisiológica de cada enantiómero.