Grupo de Genética de Micobacterias
Jesús Gonzalo-Asensio, José Antonio Aínsa, Sofía Samper, Nacho Aguiló, Isabel Otal y Carlos Martín
Universidad de Zaragoza, IACS, CIBERES, IIS Aragón
carlos@unizar.es
Foto de grupo. De izda a dcha y de arriba abajo: Carlos Martín Montañés, Irene Pérez Sánchez, Alberto Cebollada Solanas, Sofía Samper Blasco, Samuel Álvarez Arguedas, Santiago Uranga Maiz, Carmen Lafoz Pueyo, Isabel Otal Gil, José Antonio Aínsa Claver, Jesús Gonzalo Asensio, Ana Picó Marco, Ana Belén Gómez Aguirre, Begoña Gracia Díaz, Nacho Aguiló Anento, Nedra Meftahi.
La tuberculosis (TB) es una de las enfermedades infecciosas que causa mayor número de muertes en el mundo, junto con el SIDA y la malaria. En 2012 la epidemia de TB causó más de 1,3 millones de muertes y 8,4 millones de personas enfermaron de TB, siendo las formas pulmonares las responsables de la transmisión de la enfermedad. La aparición de cepas multirresistentes (TB-MDR) y extensamente resistentes (TB-XDR) a los fármacos constituye una nueva amenaza para el control de esta enfermedad, En su último informe, la OMS señala que los casos de TB-MDR aumentaron en la mayoría de países con alta incidencia de la enfermedad.
Nuestra investigación multidisciplinar del complejo Mycobacterium tuberculosis (CMT) incluye el estudio de la epidemiología de la enfermedad, las bases moleculares de la resistencia y la búsqueda de nuevos fármacos y de nuevas vacunas como actuaciones fundamentales para avanzar en el control de la TB.
Nuevas vacunas contra la tuberculosis y estudio de la inmunidad
Trabajamos desde hace más de 15 años en el desarrollo de la vacuna MTBVAC, una bacteria viva basada en la atenuación de M. tuberculosis mediante la eliminación de los genes phoP y fadD26 (Arbués 2013 et al). El grupo fue pionero en la identificación del gen phoP como un importante regulador de la virulencia en M. tuberculosis y recientemente ha descubierto como mutaciones en phoP han tenido un gran impacto en la evolución de Mycobacterium y su adaptación a diferentes hospedadores (Gonzalo-Asensio 2014 et al). Hemos llevado a cabo una exhaustiva caracterización de la vacuna (lipidómica, transcriptómica (Solans 2014) y proteómica (Solans 2014)) para comprender las propiedades de MTBVAC como vacuna a nivel molecular.
La pérdida de varios antígenos podría explicar la falta de protección inducida por la actual vacuna BCG. Por esto, pretendemos demostrar que la presencia de estos antígenos en MTBVAC conduce a una mayor inmunogenicidad, y también a una mejor protección de esta vacuna respecto a BCG.
Por otro lado, también estamos interesado en el estudio de mecanismos de patogenicidad de M. tuberculosis, concretamente en la inducción de apoptosis en la célula hospedadora como mecanismo de virulencia. Nuestras investigaciones demuestran como este fenotipo es un rasgo específico de cepas virulentas, que aprovechan el proceso de apoptosis para infectar nuevas células hospedadoras (Aguiló 2013, Aguiló 2014).
Transposición y epidemiología molecular de la tuberculosis
Diversos polimorfismos como mutaciones puntuales, transposición o recombinación, influyen en la transmisibilidad y adaptación de M. tuberculosis al hospedador. El transposón IS6110, específico del CMT, tiene utilidad como marcador epidemiológico. Se han localizado las copias de IS6110 en el genoma de cepas de alto interés para la población, facilitando así la identificación y diferenciación de estas cepas (Alonso 2011, Alonso 2013, Millan 2013).
Los estudios de tipificación genómica permiten diferenciar entre cepas del CMT y ofrecen la posibilidad de detectar brotes, diferenciar transmisión reciente de reactivación, realizar estudios poblacionales, y apoyar en la vigilancia epidemiológica. Desde 2004, en colaboración con el Departamento de Salud y Consumo del Gobierno de Aragón, y con el fin de disminuir la tasa de incidencia de tuberculosis, realizamos la caracterización molecular sistemática de las cepas del CMT de Aragón.
La fotografía de las cepas circulantes entre nuestra población nos permite identificar los aislados más prevalentes, caracterizarlos y estudiar los polimorfismos genéticos que pudieran estar interviniendo en su comportamiento (Millan 2013, Alonso 2013, Villellas 2013). Desde enero de 1998, coordinamos junto con el Instituto de Salud Carlos III, el Grupo Español de Trabajo sobre Tuberculosis MDR, una red que colabora con CNE en la vigilancia molecular de la TB-MDR en Europa, aportando los distintos patrones genéticos obtenidos en nuestro laboratorio (Gavin 2012, de Beer 2014).
Resistencia y nuevos fármacos contra la tuberculosis
Hemos estudiado mecanismos de resistencia intrínseca a antibióticos, tales como enzimas modificantes de aminoglicósidos, y caracterizamos la proteína Rv1258c como la primera bomba de eflujo funcional de M. tuberculosis. Demostramos la contribución de las bombas de eflujo a la resistencia a fármacos (Rodrigues 2013) y al estrés oxidativo, y a la supervivencia del bacilo mediada por la bomba Rv1258c (Ramón-García 2012), en la que además descubrimos un polimorfismo específico de las cepas de la familia Beijing (Villellas 2013).
La posibilidad de inhibir las bombas de eflujo es una opción terapéutica interesante (Rodrigues 2011) que ha orientado nuestro interés hacia el descubrimiento de nuevos fármacos contra TB. En colaboración con diversos grupos hemos descrito moléculas activas frente a M. tuberculosis (Familiar 2010, Tizón 2011, Luo 2013), y hemos demostrado que la capacidad de la bomba Rv1258c para transportar las nuevas espectinamidas es un factor clave para su actividad antituberculosis (Lee_2014).
Bibliografía representativa
Aguiló JI, Alonso H, Uranga S, Marinova D, Arbués A, de Martino A, Anel A, Monzon M, Badiola J, Pardo J, Brosch R, Martín C. (2013)
ESX-1-induced apoptosis is involved in cellto-cell spread of Mycobacterium tuberculosis. Cell Microbiol. 15(12):1994-2005.
Aguiló N, Uranga S, Marinova D, Martín C, Pardo J. (2014)
Bim is a crucial regulator of apoptosis induced by Mycobacterium tuberculosis. Cell Death Dis. 17;5:e1343.
Alonso H, Aguiló JI, Samper S, Caminero JA, Campos-Herrero MI, Gicquel B, Brosch R, Martín C, Otal I.
Deciphering the role of IS6110 in a highly transmissible Mycobacterium tuberculosis Beijing strain, GC1237. Tuberculosis (Edinb). (2011). 91(2):117-26.
Alonso H, Samper S, Martín C, Otal I. (2013)
Mapping IS6110 in highcopy number Mycobacterium tuberculosis strains shows specific insertion points in the Beijing genotype. BMC Genomics.14:422.
Arbues A, Aguiló JI, Gonzalo-Asensio J, Marinova D, Uranga S, Puentes E, Fernandez C, Parra A, Cardona PJ, Vilaplana C, Ausina V, Williams A, Clark S, Malaga W, Guilhot C, Gicquel B, Martín C. (2013)
Construction, characterization and preclinical evaluation of MTBVAC, the first live-attenuated M. tuberculosis-based vaccine to enter clinical trials. Vaccine. 1;31(42):4867-73.
De Beer JL, Kodmon C, van der Werf MJ, van Ingen J, van Soolingen D; ECDC MDR-TB Molecular Surveillance Project Participants. (2014).
Molecular surveillance of multi- and extensively drug-resistant tuberculosis transmission in the European Union from 2003 to 2011. Euro Surveill. 19(11).
Familiar O, Munier-Lehmann H, Aínsa JA, Camarasa MJ, Pérez-Pérez MJ. (2010)
Design, synthesis and inhibitory activity against Mycobacterium tuberculosis thymidine monophosphate kinase of acyclic nucleoside analogues with a distal imidazoquinolinone. Eur J Med Chem. 45(12):5910-8.
Gavín P, Iglesias MJ, Jiménez MS, Rodríguez-Valín E, Ibarz D, Lezcano MA, Revillo MJ, Martín C, Samper S; Spanish Working Group on MDR-TB. (2012)
Long-term molecular surveillance of multidrugresistant tuberculosis in Spain. Infect Genet Evol. 12(4):701-10.
Gonzalo-Asensio J, Malaga W, Pawlik A, Astarie-Dequeker C, Passemar C, Moreau F, Laval F, Daffé M, Martín C, Brosch R, Guilhot C. (2014)
Evolutionary history of tuberculosis shaped by conserved mutations in the PhoPR virulence regulator. PNAS 111(31):11491-6.
Lee RE, Hurdle JG, Liu J, Bruhn DF, Matt T, Scherman MS, Vaddady PK, Zheng Z, Qi J, Akbergenov R, Das S, Madhura DB, Rathi C, Trivedi A, Villellas C, Lee RB, Rakesh, Waidyarachchi SL, Sun D, McNeil MR, Aínsa JA, Boshoff HI, Gonzalez-Juarrero M, Meibohm B, Böttger EC, Lenaerts AJ. (2014)
Spectinamides: a new class of semisynthetic antituberculosis agents that overcome native drug efflux. Nat Med. 20(2):152-8.
Luo X, Pires D, Aínsa JA, Gracia B, Duarte N, Mulhovo S, Anes E, Ferreira MJ. (2013)
Zanthoxylum capense constituents with antimycobacterial activity against Mycobacterium tuberculosis in vitro and ex vivo within human macrophages. J Ethnopharmacol. 146(1):417-22.
Millán-Lou MI, López-Calleja AI, Colmenarejo C, Lezcano MA, Vitoria MA, del Portillo P, Otal I, Martín C, Samper S. (2013).
Global study of IS6110 in a successful Mycobacterium tuberculosis strain: clues for deciphering its behavior and for its rapid detection. J Clin Microbiol. 51(11):3631-7.
Ramón-García S, Mick V, Dainese E, Martín C, Thompson CJ, De Rossi E, Manganelli R, Aínsa JA. (2012)
Functional and genetic characterization of the tap efflux pump in Mycobacterium bovis BCG. Antimicrob Agents Chemother. 56(4):2074-83.
Rodrigues L, Aínsa JA, Amaral L, Viveiros M. (2011)
Inhibition of drug efflux in mycobacteria with phenothiazines and other putative efflux inhibitors. Recent Pat Antiinfect Drug Discov. 6(2):118-27.
Rodrigues L, Villellas C, Bailo R, Viveiros M, Aínsa JA. (2013)
Role of the Mmr efflux pump in drug resistance in Mycobacterium tuberculosis. Antimicrob Agents Chemother. 57(2):751-7.
Solans L, Aguiló N, Samper S, Pawlik A, Frigui W, Martín C, Brosch R, Gonzalo-Asensio (2014)
J. A Specific Polymorphism in Mycobacterium tuberculosis H37Rv Causes Differential ESAT-6 Expression and Identifies WhiB6 as a Novel ESX-1 Component. Infect Immun. 82(8):3446-56.
Solans L, Gonzalo-Asensio J, Sala C, Benjak A, Uplekar S, Rougemont J, Guilhot C, Malaga W, Martín C, Cole ST. (2014)
The PhoP-Dependent ncRNA Mcr7 Modulates the TAT Secretion System in Mycobacterium tuberculosis. PLoS Pathog. 29;10(5):e1004183
Tizón L, Otero JM, Prazeres VF, Llamas-Saiz AL, Fox GC, van Raaij MJ, Lamb H, Hawkins AR, Aínsa JA, Castedo L, González-Bello C. (2011)
A prodrug approach for improving antituberculosis activity of potent Mycobacterium tuberculosis type II dehydroquinase inhibitors. J Med Chem. 54(17):6063-84.
Villellas C, Aristimuño L, Vitoria MA, Prat C, Blanco S, García de Viedma D, Domínguez J, Samper S, Aínsa JA. (2013)
Analysis of mutations in streptomycin-resistant strains reveals a simple and reliable genetic marker for identification of the Mycobacterium tuberculosis Beijing genotype. J Clin Microbiol. 51:2124-30.