Influencia de la concentración de CO2 en la regulación del estrés oxidativo generado por ciprofloxacina

Abstract

El rápido aumento de las concentraciones de dióxido de carbono (CO2) en la atmósfera es una de las problemáticas actuales más preocupantes, que no solo afecta reacciones de tipo ambientales, si no también, adaptativas para los organismos aerobios. Esto es debido a que, la hidratación/deshidratación de CO2 es una reacción fisiológica crucial para la supervivencia de estos organismos. Este proceso está conectado con numerosas vías metabólicas, como los procesos biosintéticos, que requieren CO2 y/o bicarbonato, como también las vías bioquímicas que incluyen la homeostasis del pH, la secreción de electrolitos, entre otros. Debido a la gran participación del CO2 en reacciones intracelulares, se espera que cambios en las concentraciones atmosféricas afecten de una u otra manera las concentraciones de CO2 intracelulares, afectando las reacciones de equilibrio oxidativo, que resultan ser importantes, por ejemplo, para la acción de algunos antibióticos (ATB). En los últimos años, se ha demostrado que diferentes ATB estimulan la formación de especies reactivas de oxígeno (ERO), lo cual conduce a una perturbación en la célula u organismo del balance prooxidante-antioxidante a favor del primero, y este proceso se conoce como estrés oxidativo. En base a estos conceptos, se planteó estudiar la influencia de dos concentraciones de CO2: 50 y 50.000 ppm, sobre la acción de un antibiótico como Ciprofloxacina (CIP) sobre Escherichia coli. La CIP es un ATB conocido por interferir con la replicación y transcripción del ácido desoxirribonucleico (ADN) bacteriano mediante la inhibición de la ADN-girasa, esto conduce eventualmente a la formación de complejos de fluoroquinolona-enzima-ADN y, promueve la formación de ERO conllevando a la muerte celular bacteriana. Este trabajo de tesis doctoral se llevó acabo con el propósito de contribuir al conocimiento de las implicancias que pudiese generar el aumento en las concentraciones de CO2 atmosférico en la salud humana. Resumen Para alcanzar este objetivo fue necesario el uso de diferentes técnicas. En primer lugar, se realizó una curva de muerte con dos concentraciones de CIP (0,5 y 50 μg/mL) y se estudió su efecto bactericida sobre E. coli, tanto en condiciones atmosféricas (CA) como de CO2. Se demostró que ambas concentraciones de CO2, disminuyen la acción de CIP, aun a altas concentraciones del ATB en un tiempo total de 8 horas. Demostrada la implicancia que tuvo el CO2 en la acción de CIP sobre E. coli, se procedió a estudiar el mecanismo secundario que induce la muerte celular de CIP (estrés oxidativo). Evaluando la formación de especies reactivas de oxígeno (ERO) y de nitrógeno (ERN). Además, se estudió algunas vías de formación de dichas especies, empleando secuestrantes como el Tirón, 2,2'-dipiridil y Carboxi PTIO. También se estudió los marcadores de daño oxidativos y sistema de defensa antioxidante. Estos ensayos permitieron demostrar que el estrés oxidativo generado por CIP se modifica en presencia de CO2, disminuyendo la formación de ERO, aumentando la participación de óxido nítrico y glutatión (GSH). Se determinaron los daños generados en macromoléculas, observando que la oxidación de lípidos y proteínas fue mayor en presencia de CO2, con respecto a las CA. Esto se puede deber a que el CO2 difunde fácilmente a través de la membrana, y posteriormente genera una rápida acidificación del pH interno de la célula bacteriana, produciendo finalmente cambios directos a estas macromoléculas. Al cuantificar la oxidación del ADN en atmósferas modificadas de CO2, se pudo confirmar que ninguna de las concentraciones de CIP estudiadas genero oxidación al ADN, y esto se puedo deber a la acidificación del medio intracelular producto de la acción de CO2, el cual genera una deprotonación de CIP, bloqueando el sitio de unión CIP-ADN-girasa, conllevando a la inhibición de la acción del antibiótico, disminuyendo su efecto y permitiendo a la bacteria replicar su material genético. Cabe destacar que la disminución de la actividad de CIP frente a E. coli, fue dependiente tanto de la concentración de CIP, como de CO2. Por lo tanto, el CO2 Resumen podría llegar a ser un factor importante a tener en cuenta en el mecanismo de acción y resistencia de antimicrobianos.