Participación de proteínas con dominio CHAD en la resistencia a cobre en la bacteria Escherichia coli

Abstract

Los metales son elementos esenciales para el desarrollo celular y el funcionamiento adecuado de todos los organismos. El cobre, cobalto, hierro, entre otros, desempeñan funciones cruciales en procesos como la síntesis de ADN, el metabolismo energético y actuando como cofactores. Sin embargo, a concentraciones elevadas, pueden volverse tóxicos debido a su participación en reacciones de Fenton, causando estrés oxidativo y daño celular. Por lo tanto, los microorganismos han desarrollado una serie de mecanismos moleculares que les permitan resistir la presencia de altas concentraciones de estos metales en su entorno, como es el caso de aquellos que participan en procesos de biominería. Se ha observado que estos microrganismos acumulan grandes cantidades de polifosfato (PoliP) en su citoplasma. Estos biopolímeros se han relacionado a una gran variedad de fenotipos en bacterias, destacando especialmente la resistencia a metales pesados. Recientemente se reportó que en la bacteria Ralstonia eutropha, una familia de proteínas conocidas como proteínas CHAD (“Conserved Histidine Alpha-helical Domain”) se asocia in vivo a los gránulos de PoliP. Sin embargo, se desconoce la actividad de estas proteínas más allá de su interacción con estos gránulos. Se ha descrito que, frente a un shock de cobre, los niveles intracelulares de PoliP disminuyen rápidamente en la bacteria modelo de biominería, Acidithiobacillus ferrooxidans. Sin embargo, esta degradación se detiene posteriormente y sus niveles comienzan a recuperarse con el tiempo, lo que se considera un mecanismo importante en la respuesta inmediata al estrés por cobre. Además, existen antecedentes que sugieren que las proteínas con dominio CHAD podrían desempeñar un papel importante en el metabolismo de polifosfatos.

Metals are essential elements for cellular development and the proper functioning of all organisms. Copper, cobalt, iron, among others, play crucial roles in processes such as DNA synthesis, energy metabolism, and acting as cofactors. However, at elevated concentrations, they can become toxic due to their involvement in Fenton reactions, causing oxidative stress and cellular damage. Therefore, microorganisms have developed a series of molecular mechanisms that enable them to resist the presence of high concentrations of these metals in their environment, as is the case with those involved in biomineralization processes. It has been observed that these microorganisms accumulate large amounts of polyphosphate (PolyP) in their cytoplasm. These biopolymers have been associated with a wide variety of phenotypes in bacteria, particularly highlighting resistance to heavy metals. It was recently reported that in the bacterium Ralstonia eutropha, a family of proteins known as CHAD proteins (Conserved Histidine Alpha-helical Domain) are attached in vivo to polyphosphate granules. However, the activity of these proteins beyond their interaction with these granules is unknown. It has been described that, in response to a copper shock, intracellular levels of PolyP rapidly decrease in the model biomining bacteria, Acidithiobacillus ferrooxidans. However, this degradation subsequently stops, and PolyP levels begin to recover over time. This is considered an important mechanism in the immediate response to copper stress. Additionally, there is evidence suggesting CHAD domain proteins could play an important role in polyphosphate metabolism.