Análisis de la distribución de flujo metabólico para la síntesis de ácido micólico en Mycobacterium tuberculosis, aislado clínico UT205

Abstract

[Title: Metabolic flux analysis of mycolic acid pathway, Mycobacterium tuberculosis clinical isolate UT205] Every year in Colombia, there are more than eleven thousand new cases of tuberculosis, indicating that this disease remains as a serious health problem. The bacterium that causes tuberculosis, Mycobacterium tuberculosis (M. tuberculosis), has a broad genetic diversity with significant phenotypic differences between clinical isolates; this diversity and the metabolic changes that occurs during infection are some of the reasons that hinders a full eradication of the disease. This work seeks to apply the metabolic flux analysis (MFA) strategy to study the biochemical pathways involved in the synthesis of mycolic acid in M. tuberculosis. This approach provided a better understanding of the cell performance during the infectious process and allowed to compare the metabolic capabilities of the clinical isolate M. tuberculosis UT205 with regard to the reference strain M. tuberculosis H37Rv. For this, it was constructed a representative model of the metabolic pathways of the pathogenic bacteria M. tuberculosis H37Rv involving 82 metabolites in 101 reactions; the proposed metabolic map was extended to consider the metabolism of the clinical isolate UT205. Flux balance analysis was performed so as to generate various hypotheses regarding how M. tuberculosis UT205 changes its flux distribution in order to overcome some limitations caused by the presence of genetic deletions. The proposed model shows an acceptable robustness and can be used as a preliminary tool for representing the metabolism of M. tuberculosis.

En Colombia cada año se reportan más de once mil nuevos casos de tuberculosis, indicando que esta enfermedad aún continúa siendo un serio problema para la salud. La bacteria causante de la tuberculosis, Mycobacterium tuberculosis (M. tuberculosis), presenta una diversidad genética amplia con diferencias fenotípicas significativas entre aislados clínicos; esta diversidad y el cambio que se da en el metabolismo durante las fases de infección son, entre otras, las razones que han dificultado la completa erradicación de la enfermedad. En el presente estudio se aplicaron técnicas de evaluación de flujo metabólico a lo largo de las diferentes rutas bioquímicas involucradas en la síntesis de ácido micólico, con el fin de contribuir a obtener un mejor entendimiento de la actividad bioquímica de la bacteria durante el proceso infeccioso. La metodología usada involucró el desarrollo de un modelo matemático a partir de la identificación de las principales rutas metabólicas que el organismo usa para defenderse de los efectos adversos del medio; el modelo fue inicialmente desarrollado para considerar el metabolismo de Mycobacterium tuberculosis H37Rv y posteriormente fue extendido para considerar el metabolismo de Mycobacterium tuberculosis aislado clínico UT205. El modelo metabólico consideró 82 metabolitos en 100 reacciones y fue usado para realizar análisis de balance de flujo a partir de los cuales se generaron algunas hipótesis respecto de cómo M. tuberculosis UT205 cambia la distribución de sus flujos metabólicos para suplir algunas deficiencias ocasionadas por la presencia de deleciones genéticas. El modelo generado en este trabajo presenta grado de robustez aceptable que de manera preliminar representa la actividad metabólica de Mycobacterium tuberculosis. Los resultados encontrados en este trabajo permiten tener un primer acercamiento al conocimiento de las características metabólicas de la cepa UT205; concretamente el comportamiento de las reacciones afectadas por la ausencia del gen Rv1997 y que diferencian a la cepa UT205 de la cepa de referencia. Sin embargo, es necesario enriquecer el modelo con mayor información sobre genes, enzimas y variaciones en rutas metabólicas presentes en la cepa UT205, de manera que se obtenga un modelo más representativo del comportamiento real del aislado clínico.