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Corynebacterium glutamicum es una bacteria Gram positiva que pertenece al grupo de las actinobacterias y conserva el epíteto de especie “glutamicum” por su capacidad para producir ácido glutámico, aminoácido esencial y utilizado para suplemento en la dieta animal.

El grupo de Biología Molecular de Corinebacterias de la Universidad de León estudia diversos aspectos de la Biología Molecular de Corynebacterium glutamicum, una especie productora de metabolitos primarios, tales como aminoácidos y nucleótidos. En la década de los 80 aislamos y caracterizamos los primeros plásmidos en esta especie y pusimos a punto los sistemas necesarios para su manipulación genética. Con estas herramientas genéticas se clonaron muchos de los genes implicados en la producción de aminoácidos con interés industrial.

El genoma de Corynebacterium glutamicum ha sido totalmente secuenciado y en la actualidad se dispone toda la información necesaria y de herramientas moleculares para abordar cualquier tipo de trabajo de Biología Molecular en esta especie bacteriana.

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Figura 1. Fotografía al microscopio de contraste de fases de Corynebacterium glutamicum

Una de las líneas de trabajo de nuestro laboratorio es el estudio del estrés oxidativo en actinobacterias usando C. glutamicum como modelo. Uno de los agentes estresantes más estudiado en C. glutamicum es el arsénico (As).

Dado que el As ha estado presente en la atmósfera desde la formación de la tierra, los seres vivos han estado sometidos de forma continua a dicho agente, por lo que es bastante frecuente la presencia sistemas de desintoxicación o resistencia a arsénico.

Los genes de resistencia a As  suelen consistir en un agrupamiento de genes (operón de As) que codifican para un regulador/represor (ArsR), una proteína arseniato reductasa (ArsC o Acr2) y una arsenito permeasa (ArsB o Acr3).

En ausencia de arsenito,  el regulador ArsR está reprimiendo la expresión del resto de los genes; en su presencia, ArsR se libera del operador y se transcriben los dos genes restantes. Las enzimas arseniato reductasas intracelulares reducen el arseniato a arsenito, y a pesar de que este último es muy tóxico, será rápidamente liberado por arsenito permeasas muy eficientes que impedirían que el arsenito ejerciera tu toxicidad celular (Figura 2).

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Figura 2. Modelo de resistencia a As en C. glutamicum. (i) Entrada de As(V); (ii) expresión constitutiva de la proteína ArsC1’ y reducción del As(V) a As(III); (iii) unión del As(III) a los reguladores (ArsR1/ArsR2) y desrrepresión de la expresión de los operones ars; (iv) transcripción de los genes que codifican para las arseniato reductasas (ArsC1 y ArsC2) y arsenito permeasas (Acr3-1 y Acr3-2); (v) reducción del As(V) por las reductasas ArsC1 y ArsC2 usando el sistema MSH/Mrx1 y (vi) liberación del As(III) formado de la célula a través de las arsenito permeasas Acr3-1 y Acr3-2.

El proceso enzimático reductor del arseniato en C. glutamicum es el que ha llevado a nuestro grupo de trabajo al descubrimiento de un nuevo tipo de arseniato reductasas que utilizan el buffer Redox micotiol(MSH)/Micorredoxinas(Mrx), las denominadas ArsC1 y ArsC2; el resto de las arseniato reductasas descritas hacen uso del buffer Tiorredoxina(Trx)/Tiorredoxina reductasa(TrxR) (ArsC de  pI258 de Staphylococcus aureus, entre otros) o del par Glutatión (GSH)/Glutarredoxina (Grx) (como ocurre para ArsC de E. coli). Nuestro grupo ha sido pionero en el descubrimiento de las micorredoxinas como puede verse en las bases de datos BRENDA o KEGG.

El micotiol (MSH, tiol de bajo peso molecular exclusivo de actinomicetos) y las micorredoxinas (Mrx, redoxinas específicas del MSH) juegan un importante papel en determinados procesos de supervivencia celular frente a agentes tóxicos (estrés oxidativo, antibióticos, metales pesados, agentes alquilantes,…), considerandose su acción equivalente al glutation (GSH) y a las glutarredoxinas (Grx).

Las únicas micorredoxinas (Mrx) descritas hasta el momento han sido las de C. glutamicum y Mycobacterium tuberculosis. El estudio de los mecanismos moleculares relacionados con el sistema redox MSH/Mrx en C. glutamicum resultará de vital importancia para el futuro desarrollo de antimicrobianos frente a diferentes actinomicetos patógenos como Corynebacterium jeikeium, Corynebacterium urealyticum, Rhodococcus equi o la micobacteria Mycobacterium tuberculosis.

Publicaciones sobre arsénico y estrés oxidativo

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