Tuberculosis resistente: en un análisis por ordenador, la forma 3D de las proteínas ayuda a predecir qué mutaciones dan resistencia

Qué se hizo

Es un análisis computacional, sin pacientes ni experimentos de laboratorio nuevos: un equipo de Harvard reunió los genomas de 31 428 aislados clínicos del complejo Mycobacterium tuberculosis y colocó sus mutaciones sobre la forma tridimensional de casi todas las proteínas del bacilo.

Para tener esa forma usaron 1350 estructuras medidas en el laboratorio (sobre todo por cristalografía) y 2337 predichas con AlphaFold (programa de inteligencia artificial que predice cómo se pliega una proteína a partir de su secuencia de aminoácidos), descartando las zonas en que la predicción era poco fiable. En total, 3687 de las 3996 proteínas del genoma de referencia.

No contaron cuántas veces aparecía cada mutación en la población, sino cuántas veces había surgido de forma independiente en distintas ramas del árbol evolutivo, lo que se llama homoplasia (aparición repetida de la misma mutación en linajes distintos; si surge una y otra vez por separado, sugiere que da una ventaja, por ejemplo sobrevivir al antibiótico). Así evitaron que un linaje muy muestreado inflara los recuentos.

Cómo se hace resistente el bacilo de la tuberculosis

M. tuberculosis no intercambia plásmidos (pequeños anillos de ADN que muchas bacterias se pasan entre sí y que a menudo llevan genes de resistencia) como otras bacterias. Su resistencia nace casi siempre de mutaciones cromosómicas (cambios al azar en el ADN del propio bacilo; el antibiótico no los provoca, pero mata a las bacterias sensibles y deja crecer a las pocas que ya traían el cambio) en sus propios genes. Hay dos maneras principales:

• Cambiar la diana: una mutación en el sitio donde se une el fármaco impide que encaje, pero la proteína sigue funcionando. Pasa con la RpoB, la subunidad de la ARN polimerasa que bloquea la rifampicina, o con la GyrA, la girasa que bloquean las quinolonas.
• Romper el activador: algunos fármacos son profármacos (moléculas que llegan inactivas y que una enzima de la bacteria transforma en su forma tóxica). Si la enzima se estropea, el fármaco no se activa. Es lo que hace la KatG con la isoniazida y la PncA con la pirazinamida.

Por eso la TB (tuberculosis) resistente se diagnostica cada vez más buscando mutaciones en el genoma. El problema son las mutaciones raras: la OMS tiene un catálogo de mutaciones, pero la mayoría figuran como de significado incierto, porque no se han visto en suficientes pacientes para saber qué hacen.

Qué encontraron

• En las proteínas clásicas de resistencia (RpoB, KatG, PncA, GyrA, EmbB, InhA y otras), las mutaciones se agrupan en una misma zona de la proteína plegada, por ejemplo alrededor del sitio de unión de la rifampicina en la RpoB.
• Ocurre incluso en la PncA, donde se pensaba que cualquier mutación que la rompiera daba resistencia y, por tanto, que no tenía por qué haber zonas preferidas.
• En todo el bacilo, 499 proteínas muestran ese agrupamiento; en 452 el grupo está en un único punto de la proteína. Entre ellas hay 8 de las 15 proteínas con mutaciones de resistencia del catálogo de la OMS, y otras que no se relacionaban con resistencia, como cinasas de la familia Pkn o enzimas que fabrican la pared celular. Los autores proponen que reflejan adaptación a los fármacos o al huésped, sin haberlo comprobado.
• Con 641 mutaciones ya clasificadas (583 asociadas a resistencia y 58 no asociadas), entrenaron un modelo sencillo que solo mira la distancia en el espacio a la mutación de resistencia conocida más cercana. En el 30 % de mutaciones que se guardó para probarlo, acertó así:

El F1 (índice que combina precisión (cuántas de las que el modelo llama resistentes lo son) y sensibilidad (cuántas resistentes encuentra); 100 % sería acertar todas sin falsos positivos) fue mejor con la distancia en 3D que con la distancia en la secuencia (96,5 % frente a 89,1 %): dos aminoácidos lejanos en la cadena pueden quedar pegados cuando la proteína se pliega.

El precio de resistir, y cómo se paga

El trabajo encuentra muchas mutaciones repetidas en la RpoC, otra pieza de la ARN polimerasa, que no da resistencia por sí misma. Tiene explicación: en mutantes de laboratorio, la resistencia a rifampicina por cambios en rpoB se acompañó siempre de una pérdida de aptitud (la bacteria resistente crece y compite peor que la sensible cuando no hay fármaco, porque su enzima alterada funciona algo peor), aunque en aislados de pacientes tratados largo tiempo había cepas multirresistentes sin ese defecto. Después se vio que mutaciones compensatorias (segundas mutaciones, aquí en *rpoA* o *rpoC*, que devuelven a la ARN polimerasa parte de su eficacia sin quitar la resistencia) restauran la capacidad de competir, y que más del 30 % de los aislados MDR (multirresistentes: resistentes al menos a isoniazida y rifampicina) las llevaban en los países con más casos.

Qué significa y qué no

La forma tridimensional de la proteína ayuda a adivinar si una mutación rara, nunca vista en un paciente, dará resistencia: si cae junto a mutaciones de resistencia conocidas, probablemente también la dé.

Con prudencia:

• Es una predicción por ordenador: no se midió en el laboratorio si las mutaciones nuevas dan resistencia.
• El modelo se probó con pocas mutaciones «no asociadas a resistencia» (58), y la mayoría de las estructuras son predichas.
• Casi todos los genomas se secuenciaron antes del uso amplio de bedaquilina, pretomanid, delamanid o linezolid, así que el estudio apenas dice nada de esos fármacos nuevos.
• Los propios autores no recomiendan usar el modelo en la clínica todavía: proponen sumarlo a futuros sistemas que predicen la resistencia a partir del genoma.

Fuentes del contexto

• Gagneux S, Long CD, Small PM, Van T, Schoolnik GK, Bohannan BJ. The competitive cost of antibiotic resistance in Mycobacterium tuberculosis. Science. 2006;312(5782):1944-6. https://doi.org/10.1126/science.1124410
• Comas I, Borrell S, Roetzer A, Rose G, Malla B, Kato-Maeda M, et al. Whole-genome sequencing of rifampicin-resistant Mycobacterium tuberculosis strains identifies compensatory mutations in RNA polymerase genes. Nat Genet. 2011;44(1):106-10. https://doi.org/10.1038/ng.1038