Investigadores del CIC bioGUNE liderados por el investigador Ikerbasque Marcelo Guerin han descrifrado el mecanismo molecular de reconocimiento y especificidad de EndoBT-3987, una enzima clave de Bacteroides thetaiotaomicron, especie muy abundante en la microbiota intestinal humana. La investigación, publicada en la revista Nature Communications, contribuirá al desarrollo y diseño de enzimas de interés biotecnológico.
La composición y fisiología de la microbiota intestinal humana juega un papel central en la regulación del metabolismo de nutrientes, así como en la inducción de la respuesta inmune y en la protección contra la colonización de patógenos.
Un factor importante que influye en el equilibrio de las especies bacterianas que residen en el intestino es la afluencia de carbohidratos, principalmente a través de la dieta y de las secreciones de la mucosa del huésped. El procesamiento de polisacáridos, estructuras de carbohidratos presentes en el intestino humano, requiere de una amplia variedad de enzimas capaces de degradarlos en sus componentes primarios para que puedan ser absorbidos y ser utilizados como fuente de energía. Las enzimas intestinales humanas son capaces de degradar un conjunto pequeño de polisacáridos. Sin embargo, el resto de los polisacáridos son procesados gracias a las maquinarias enzimáticas de los microorganismos que residen de manera simbiótica en el intestino.
La Bacteroides thetaiotaomicron, una especie bacteriana muy abundante en la microbiota intestinal humana, dispone de una serie de sistemas enzimáticos altamente especializados, que le permite orquestar la degradación de un polisacárido específico. La enzima EndoBT-3987 inicia la degradación de polisacáridos unidos a proteínas (N-glicanos). Este enzima, que reconoce y procesa los N-glicanos que tienen un alto contenido en manosas, sin embargo, no es capaz de actuar sobre otro tipo de polisacáridos.
La existencia de estas enzimas tan especializadas, capaces de procesar polisacáridos que no son abundantes en la dieta, ofrece una ventaja adaptativa a la bacteria de manera que puede crecer de forma más eficiente que sus competidoras. “No se conocía el mecanismo de reconocimiento mediante el cual dicha enzima procesa específicamente los N-glicanos de alto contenido en manosa, y no es capaz de procesar otros tipos de polisacáridos”, señala Marcelo Guerin, Profesor de Investigación Ikerbasque y líder del laboratorio de Glicobiología Estructural en CIC bioGUNE.
“En el trabajo que hemos publicado en Nature Communications, proporcionamos distintas instantáneas de la estructura de EndoBT-3987 a lo largo de su ciclo catalítico, incluidas las formas en ausencia de ligando, en el complejo con el sustrato y con el producto de la reacción. En combinación con experimentos de mutagénesis dirigida y mediciones de actividad enzimática hemos revelado el mecanismo de reconocimiento y especificidad de EndoBT-3987 a nivel atómico”, explica Marcelo.
Este mecanismo de reconocimiento de sustrato, que era desconocido, es compartido por otros miembros de un grupo importante de enzimas, la familia GH18, que incluye la EndoH, enzima comercial que se ha utilizado ampliamente para el análisis de glicanos durante los últimos 50 años.
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