Diversitat bacteriana a les esponges marines

L’objectiu principal del projecte era aprofundir en el coneixement de les malalties de les esponges, centrant-nos en la diversitat bacteriana que acullen. Als estius 2008 i 2009 va haver episodis d’elevades temperatures de l’aigua de mar que van suposar importants mortalitats massives d’esponges a la Mediterrània. Contra tot pronòstic, els estius del projecte, el 2010 i el 2011, no van resultar especialment calorosos i no hi va haver episodis de mortalitat. És un fet molt positiu per les comunitats bentòniques però algun dels objectius específics de la meva proposta no es va poder dur a terme com havien estat platejats inicialment. Disposàvem de diferents mostres d’esponges malaltes de l’espècie Ircinia fasciculata, sanes i aigua circumdant recollides l’estiu 2009 i fixades per DNA, per això s’han pogut identificar i caracteritzar els canvis en la comunitat microbiològica de les esponges malaltes respecte de les sanes. Hem constatat que més que una infecció per un o pocs patògens puntuals, com havien proposat alguns autors, hi ha un canvi dràstic en la comunitat microbiològica associada a les esponges. Les esponges malaltes, on dominen els bacteris heterotròfics, presenten una major diversitat bacteriana que les sanes, on dominen els autòtrofs. Tot i que no es va poder realitzar un nou mostreig d’individus malalts, i algun objectiu específic no es va poder desenvolupar, vaig aprofitar l’estada en un centre de referència en estudis de la diversitat microbiana, per ampliar el coneixement general de les comunitats bacterianes associades a esponges. Es van realitzar nous estudis en què vam testar si totes les esponges (bacteriosponges i no) presenten simbionts reals o si les no-bacteriosponges presenten un enriquiment de les comunitats de l’aigua de mar però no una flora específica. El resultat és que totes les esponges presenten associacions molt específiques malgrat hi ha fortes diferències entre les comunitats microbianes associades a bacteriosponges i a no-bacteriosponges.

Understanding the two-component sensing System of virulent bacteria

Report for the scientific sojourn carried out at the l’ Institute for Computational Molecular Science of the Temple University, United States, from 2010 to 2012. Two-component systems (TCS) are used by pathogenic bacteria to sense the environment within a host and activate mechanisms related to virulence and antimicrobial resistance. A prototypical example is the PhoQ/PhoP system, which is the major regulator of virulence in Salmonella. Hence, PhoQ is an attractive target for the design of new antibiotics against foodborne diseases. Inhibition of the PhoQ-mediated bacterial virulence does not result in growth inhibition, presenting less selective pressure for the generation of antibiotic resistance. Moreover, PhoQ is a histidine kinase (HK) and it is absent in animals. Nevertheless, the design of satisfactory HK inhibitors has been proven to be a challenge. To compete with the intracellular ATP concentrations, the affinity of a HK inhibidor must be in the micromolar-nanomolar range, whereas the current lead compounds have at best millimolar affinities. Moreover, the drug selectivity depends on the conformation of a highly variable loop, referred to as the “ATP-lid, which is difficult to study by X-Ray crystallography due to its flexibility. I have investigated the binding of different HK inhibitors to PhoQ. In particular, all-atom molecular dynamics simulations have been combined with enhanced sampling techniques in order to provide structural and dynamic information of the conformation of the ATP-lid. Transient interactions between these drugs and the ATP-lid have been identified and the free energy of the different binding modes has been estimated. The results obtained pinpoint the importance of protein flexibility in the HK-inhibitor binding, and constitute a first step in developing more potent and selective drugs. The computational resources of the hosting institution as well as the experience of the members of the group in drug binding and free energy methods have been crucial to carry out this work.