Dispersina B

La dispersina B (también conocida como DspB o dispersina B ) es una hidrolasa de glicósidos de 40 kDa producida por el patógeno periodontal Aggregatibacter actinomycetemcomitans . ^{[ 1 ]} Las bacterias secretan dispersina B para liberar células adheridas de una colonia de biopelícula madura al interrumpir la formación de la biopelícula. La enzima cataliza la hidrólisis de polímeros lineales de N-acetil-D-glucosaminas que se encuentran en las matrices de la biopelícula. Las poliacetilglucosaminas son integrales para la integridad estructural de las biopelículas de varias bacterias Gram positivas y Gram negativas y se denominan PIA (PNAG,PS/A) en especies de Staphylococcus y PGA en Escherichia coli . ^{[ 2 ] [ 3 ]} Al degradar la matriz de la biopelícula, la dispersina B permite la liberación de células bacterianas que pueden adherirse a nuevas superficies cercanas y extender la biopelícula o iniciar nuevas colonias. Actualmente existe interés en la Dispersina B como agente antibiopelícula comercial que podría combinarse con antibióticos para el tratamiento de infecciones bacterianas.

La dispersina B es producida por Aggregatibacter actinomycetemcomitans , una bacteria oral Gram-negativa, cuando necesita desprender y dispersar células bacterianas adheridas. ^{[ 4 ]} A. actinomycetemcomitans forma colonias lobuladas asimétricas de biopelícula que liberan células individuales o pequeños grupos de células bacterianas, que pueden adherirse a superficies cercanas, formar nuevas colonias y permitir que la biopelícula se extienda. ^{[ 2 ] [ 5 ]} Una biopelícula es una matriz de sustancias poliméricas extracelulares que son sintetizadas por las bacterias. La integridad estructural de la biopelícula depende de la poli-N-acetilglucosamina (PGA), el ADN extracelular y las adhesinas proteínicas. Permite que las bacterias se adhieran a las superficies del huésped, protege a las células bacterianas de las defensas del huésped, resulta en una mayor resistencia a los antibióticos y proporciona un entorno protegido con microcanales para el flujo de agua y otros nutrientes esenciales. ^{[ 2 ]} Al hidrolizar PGA, la Dispersina B interrumpe la formación de la matriz del biofilm y permite la liberación de las células adheridas. ^{[ 6 ]} También se ha demostrado que la Dispersina B causa el desprendimiento de las células del biofilm que se han adherido a superficies abióticas, así como la desagregación de cúmulos altamente autoagregados de células bacterianas. ^{[ 2 ]}

La estructura tridimensional de la dispersina B se determinó expresando la proteína en E. coli , purificándola a partir de cultivos y cristalizándola en el grupo espacial ortorrómbico C222 1 con una molécula en la unidad asimétrica. ^{[ 2 ]} Es una proteína de 361 aminoácidos que consta de un solo dominio. La subestructura principal consta de los residuos 1-60 y los residuos 91-358, que se pliegan en una estructura β/α de un barril TIM típico . El bucle β4 contiene dos residuos altamente conservados Asp183 y Glu184 que son parte del sitio activo de la enzima, una gran cavidad en el centro de la molécula de Dispersina B en forma de cuenco. La unión y escisión del sustrato oligomérico en el sitio activo de la Dispersina B se estudió para aprender más sobre la degradación enzimática. ^{[ 7 ]} Se utilizó HPLC de fase inversa para analizar los productos de la hidrólisis de sustratos con diferentes grados de polimerización . Se demostró que el alargamiento de la cadena del sustrato aumenta la eficiencia catalítica de la Dispersina B. Un sustrato con un grado de polimerización de cinco no fue suficiente para la ocupación total del subsitio. ^{[ 7 ]} También se demostró que los sustratos de carbamato mejoran la actividad de la enzima en relación con el sustrato de referencia 4-nitrofenil N-acetil-β-D-glucosamina. ^{[ 8 ]}

La dispersina B es una β-hexosaminidasa que hidroliza específicamente los enlaces β-1,6-glucosídicos de los polímeros de acetilglucosamina que se encuentran en las matrices de biopelículas. ^{[ 9 ]} Como miembro de la familia 20 de β-hexosaminidasas, escinde los residuos de monosacáridos terminales del extremo no reductor de los polímeros. El sitio activo de la dispersina B contiene tres residuos ácidos altamente conservados: un ácido aspártico en el residuo 183 (D183), un ácido glutámico en el residuo 184 (E184) y un ácido glutámico en el residuo 332 (E332). ^{[ 10 ]} En el mecanismo propuesto, E184 actúa como ácido/base y dona un protón al -OR en C1. La evidencia cristalográfica sugiere que ocurre una catálisis asistida por el sustrato y se cree que D183 ayuda a activar el grupo N-acetilo, que actúa como nucleófilo en un ataque de C1. ^{[ 11 ]} Luego, el agua ataca el centro anomérico para liberar el polímero escindido del sitio activo con retención de la configuración anomérica. (El mecanismo que se muestra a continuación es, por lo tanto, incorrecto). ^{[ 10 ] [ 12 ]} El uso del grupo C2-acetamido vecino del sustrato difiere de la mayoría de las β-glucosidasas, que utilizan un grupo carboxilo como nucleófilo en sus mecanismos. ^{[ 13 ] [ 14 ]} Aunque E332 se encuentra más lejos del carbono anomérico, la menor actividad de Dispersina B con la mutación E332Q sugiere que es importante para la catálisis. Puede ser crítico para estabilizar el estado de transición de la escisión del monosacárido terminal. ^{[ 15 ]}

La dispersina B podría ser útil para tratar y prevenir infecciones asociadas a biopelículas causadas por bacterias productoras de poli- N -acetilglucosamina. La dispersina B previno la formación de biopelículas de S. epidermidis , lo que sugiere que las enzimas liberadoras de biopelículas pueden exhibir una actividad de amplio espectro y podrían ser potenciales agentes antibiopelícula. ^{[ 16 ]}

Dispersin B se está desarrollando comercialmente como gel para el cuidado de heridas y recubrimiento de dispositivos médicos. Se demostró que los catéteres externos e internos recubiertos con una combinación de Dispersin B y triclosán eran tan eficaces para prevenir infecciones bacterianas como los catéteres recubiertos con clorhexidina - sulfadiazina ya disponibles comercialmente . Estos hallazgos respaldan que Dispersin B exhibe una actividad sinérgica cuando se combina con antibióticos. ^{[ 7 ]} También se demostró que los sustratos de carbamato mejoran la actividad de la enzima en relación con el sustrato de referencia 4-nitrofenil N-acetil-β-D-glucosamina. ^{[ 17 ]} Dispersin B de grado farmacéutico se ha fabricado con éxito y actualmente se está sometiendo a pruebas de biocompatibilidad. Los ensayos clínicos para probar la eficacia de Dispersin B para el tratamiento y la prevención de úlceras del pie diabético y úlceras por presión deberían comenzar en 2010.