Diseño de una nueva clase de polímeros dinámicos con potencial antimicrobiano 

Al contrario que los polímeros más usuales, los monómeros de BTA no se unen covalentemente entre sí, sino que se apilan unos sobre otros mediante interacciones más débiles de carácter hidrofóbico y por enlaces de hidrógeno. El resultado es el de unas microfibras en las que los monómeros están en un proceso continuo de disociación y asociación, lo que posibilita que tales monómeros puedan eventualmente "recorrer" la fibra y agruparse localmente si encuentran otra entidad molecular que les atraiga.

En este trabajo se han utilizado copolímeros de BTA básico y BTA funcionalizado químicamente con colina, con el objetivo de buscar una interacción eficaz con las denominadas proteínas de unión a colina (choline-binding proteins, CBPs) de la superficie de neumococo. Las CBPs son proteínas esenciales en la viabilidad y virulencia de este patógeno, y necesitan para su función biológica unirse a la colina presente en la pared celular de la bacteria, por lo que las fibras de BTA-colina se diseñaron para "secuestrarlas" mediante una interacción competitiva.

Vleugels et al. han revelado, mediante experimentos biofísicos, que si bien el ensamblaje de partida del copolímero contenía los monómeros de BTA-colina distribuidos al azar por la fibra, en presencia del módulo de unión a colina de la CBP LytA dichos monómeros se reagrupaban alrededor de la proteína, provocando una interacción con la misma que es unas 2.500 veces más fuerte que la de la colina libre. Estos efectos de multivalencia química superan a los producidos por otras nanopartículas similares, pero menos dinámicas, como los dendrímeros.

Una vez demostrada la capacidad de interacción con su diana, las microfibras se añadieron a cultivos de neumococo, produciéndose un encadenamiento celular en lugar de la habitual morfología del tipo diplococo, debido presumiblemente a la inhibición de CBPs implicadas en la separación de las células hijas tras la división celular, como la hidrolasa LytB. El efecto de multivalencia quedó demostrado puesto que se necesitó una concentración 1.700 inferior al uso de colina libre para un efecto fisiológico similar. Estudios previos han demostrado que este encadenamiento va unido a una menor infectividad y a una mayor fagocitosis bacteriana, por lo que estas fibras podrían sentar la base de nuevos antimicrobianos no líticos y que induzcan la respuesta del sistema inmune del propio organismo.

El estudio abre asimismo el camino para la utilización de estos polímeros dinámicos de BTA en sistemas de reconocimiento celular altamente eficiente, mediante su oportuna funcionalización con proteínas que reconozcan la superficie celular, y que por lo tanto podrían constituir nuevas herramientas diagnósticas.

El Prof. Meijer dará una charla en el CIB-CSIC el próximo 27 de mayo en el marco del Máster en Biología Sintética Integrativa (MISB, CSIC-UIMP), donde expondrá los últimos avances en este tipo de estructuras supramoleculares y su aplicación en biología.

 

Referencia: Choline-functionalized supramolecular copolymers: towards antimicrobial activity against Streptococcus pneumoniae. Vleugels M, Varela-Aramburu S, Schoenmakers S, Maestro B, Palmans A, Sanz JM*, Meijer EW* (2021) Biomacromolecules 22, 5363-5373. https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.biomac.1c01293