Microbiología Molecular y Estructural

Líneas de investigación

Señalización y regulación en microorganismos
Entre las proteínas de mayor interés se encuentran las que conforman “sistemas de dos componentes” (TCS) en bacterias. Los TCSs son centrales en mediar señalización y regulación. También se estudian otras proteínas reguladoras, aun sin ser miembros de TCSs. La pregunta central detrás de esta línea es ¿cómo usan las células estas proteínas para detectar señales extra- e intra-celulares, regulando luego funciones específicas? Para responder, se investigan bacterias saprófitas (como Bacillus subtilis, Leptospira biflexa), así como también especies patógenas (Leptospira interrogans, L. borgpetersenii, L. noguchii, Enterococcus faecium). En dichos modelos se estudian varios procesos biológicos claves, como la regulación de síntesis de lípidos (Albanesi et al., Proc Natl Acad Sci USA 2009, 106:16185; Trajtenberg et al., J Biol Chem 2010, 285:24892; Trajtenberg et al., mBio 2014, 5:e02105; Trajtenberg et al., eLife 2016, 5:e21422; Imelio et al., Bio-protocol 2017, 7:e2510), del metabolismo de hemo (Morero et al., Mol Microbiol 2014, 94:340), o bien de la virulencia en patogenicidad (Adhikarla et al., Front Cell Infect Microbiol 2018, 8:45).

Biología molecular y estructural de Leptospira
Distintas especies de Leptospira causan leptospirosis. Esta zoonosis es la más extendida en el mundo, reemergiendo como un problema de salud humana y animal importante. En Uruguay es un problema veterinario significativo. El LMME quiere dilucidar mecanismos moleculares que determinan y/o regulan la virulencia y patogenicidad de estas bacterias. Actualmente hay dos focos de atención: el estudio del aparato locomotor, y la tipificación de especies autóctonas en Uruguay.

i- Aparato locomotor de Leptospira. La activa movilidad de las leptospiras (natación), es fundamental para la virulencia de las especies patógenas que provocan leptospirosis. La organela esencial para la natación es el flagelo. El LMME está estudiando en gran profundidad la arquitectura molecular del flagelo de Leptospira. El filamento de estos flagelos es de ubicación periplasmática, una característica única de las Espiroquetas, incluyendo parientes de Leptospira, como Treponema pallidum (causal de sífilis) o Borrelia burgdorferi (provoca la enfermedad de Lyme). Nuestro laboratorio, en colaboración con los grupos de Albert Ko y Charles Sindelar (Yale Univ) y Mathieu Picardeau (Inst Pasteur), ha demostrado que el filamento del flagelo de leptospiras es mucho más complejo que los flagelos de modelos bacterianos más conocidos, usados hasta hoy como paradigma del movimiento de natación en bacterias. Por ejemplo, Salmonella y otras enterobacterias, tienen filamentos con una única especie de proteína (flagelina), miestras que Leptospira tiene al menos ocho diferentes (Wunder et al., Mol Microbiol 2016, 101: 457; San Martin et al., Acta Crystallogr F 2017, 73:123; Wunder et al., Front Cell Infect Microbiol 2018, 8:130). Recientemente hemos cristalizado dos de las proteínas nuevas, a partir de leptospiras patógenas y saprófitas (San Martín et al., Acta Crystallogr F 2017, 73:123), hemos resuelto sus estructuras 3D (resultados no publicados) revelando plegamientos absolutamente novedosos, y estamos ahora avanzando en el descubrimiento de sus interactores fisiológicos para llevar adelante sus roles en el ensamblaje flagelar.

ii- Aislamiento y tipificación de cepas nativas de Leptospira. Esta línea, desarrollada en el contexto de un proyecto multicéntrico colaborativo, tiene como objetivo aislar cepas autóctonas de la bacteria Leptospira a partir de muestras biológicas obtenidas de bovinos infectados, y de otros reservorios animales. Dichos aislamientos se tipifican con técnicas complementarias: métodos serológicos, y también enfoques moleculares más novedosos en el país, logrando en definitiva mayores sensibilidad y especificidad (Zarantonelli et al., PLoS Negl Trop Dis 2018, 12: e0006694). Este esfuerzo ha llevado a la creación de un biobanco de cepas de Leptospira, que hasta ahora no estaba disponible en el dominio público en Uruguay, informando la identidad de los serotipos en circulación. Este cepario será útil en la formulación de vacunas con mayor eficacia, en el mejoramiento de métodos diagnósticos, así como también en investigaciones ulteriores sobre la leptospirosis en Uruguay.

Trabajos colaborativos
El laboratorio colabora con el Dr. Hugo Gramajo (Instituto de Biología Molecular y Celular IBR, Rosario, Argentina) y su equipo, con el objetivo de dilucidar las estructuras cristalinas de los factores de transcripción de Mycobacterium tuberculosis, que participan en la regulación del metabolismo de los lípidos.
También colabora con el Dr. Mathieu Picardeau (Instituto Pasteur, París, Francia) y el Dr. Albert Ko (Universidad de Yale, New Haven, EE. UU.) en la motilidad de Leptospira y los mecanismos moleculares de la patogénesis de estas bacterias.
Asimismo, el laboratorio integra un consorcio multicéntrico en Uruguay, trabajando con equipos del Ministerio de Ganadería, Agricultura y Pesca (Alejandra Suanes, Rodolfo Rivero, DILAVE, MGAP), el Instituto Nacional de Investigación Agropecuaria (Franklin Riet, INIA), el Departamento de Bacteriología de la Facultad de Medicina (Felipe Schelotto, Instituto de Higiene, Udelar) abordando los problemas del aislamiento, tipificado, diagnóstico y desarrollo de vacunas de Leptospira veterinaria.