1
|
Cuevas-Cruz M, Hernández-Guzmán U, Álvarez-Rosales PC, Schnabel M, Gómez-Manzo S, Arreguín-Espinosa R. The Role of Mass Spectrometry in the Discovery of Antibiotics and Bacterial Resistance Mechanisms: Proteomics and Metabolomics Approaches. Curr Med Chem 2023; 30:30-58. [PMID: 35352637 DOI: 10.2174/0929867329666220329090822] [Citation(s) in RCA: 0] [Impact Index Per Article: 0] [Reference Citation Analysis] [What about the content of this article? (0)] [Affiliation(s)] [Abstract] [Key Words] [Track Full Text] [Journal Information] [Subscribe] [Scholar Register] [Received: 11/18/2021] [Revised: 01/16/2022] [Accepted: 01/24/2022] [Indexed: 02/08/2023]
Abstract
The abuse and incorrect administration of antibiotics has resulted in an increased proliferation of bacteria that exhibit drug resistance. The emergence of resistant bacteria has become one of the biggest health concerns globally, and an enormous effort has been made to combat them. However, despite the efforts, the emergence of resistant strains is rapidly increasing, while the discovery of new classes of antibiotics has lagged. For this reason, it is pivotal to acquire a more detailed knowledge of bacterial resistance mechanisms and the mechanism of action of substances with antibacterial effects to identify biomarkers, therapeutic targets, and the development of new antibiotics. Metabolomics and proteomics, combined with mass spectrometry for data acquisition, are suitable techniques and have already been applied successfully. This review presents basic aspects of the metabolomic and proteomic approaches and their application for the elucidation of bacterial resistance mechanisms.
Collapse
Affiliation(s)
- Miguel Cuevas-Cruz
- Departamento de Oceanografía Biológica, Centro de Investigación Científica y de Educación Superior de Ensenada (CICESE), Ensenada, Baja California, 22860, México
| | - Ulises Hernández-Guzmán
- Proteomics Program, Faculty of Health and Medical Sciences, NovoNordisk Foundation Center for Protein Research (NNF-CPR), University of Copenhagen, Blegdamsvej 3B, 2200, Copenhagen, Denmark.,Departamento de Química de Biomacromoléculas, Instituto de Química, Universidad Nacional Autónoma de México, Ciudad de México C.P 04510, México
| | - Poulette Carolina Álvarez-Rosales
- Departamento de Química de Biomacromoléculas, Instituto de Química, Universidad Nacional Autónoma de México, Ciudad de México C.P 04510, México
| | - Meike Schnabel
- Departamento de Química de Biomacromoléculas, Instituto de Química, Universidad Nacional Autónoma de México, Ciudad de México C.P 04510, México
| | - Saúl Gómez-Manzo
- Laboratorio de Bioquímica Genética, Instituto Nacional de Pediatría, Secretaría de Salud, Ciudad de México C.P. 04530, Mexico
| | - Roberto Arreguín-Espinosa
- Departamento de Química de Biomacromoléculas, Instituto de Química, Universidad Nacional Autónoma de México, Ciudad de México C.P 04510, México
| |
Collapse
|
2
|
Hernández-Ochoa B, Gómez-Manzo S, Sánchez-Carrillo A, Marcial-Quino J, Rocha-Ramírez LM, Santos-Segura A, Ramírez-Nava EJ, Arreguin-Espinosa R, Cuevas-Cruz M, Méndez-Tenorio A, Calderón-Jaimes E. Enhanced Antigiardial Effect of Omeprazole Analog Benzimidazole Compounds. Molecules 2020; 25:molecules25173979. [PMID: 32882836 PMCID: PMC7504735 DOI: 10.3390/molecules25173979] [Citation(s) in RCA: 8] [Impact Index Per Article: 2.0] [Reference Citation Analysis] [What about the content of this article? (0)] [Affiliation(s)] [Abstract] [Key Words] [MESH Headings] [Track Full Text] [Download PDF] [Figures] [Journal Information] [Subscribe] [Scholar Register] [Received: 08/07/2020] [Revised: 08/25/2020] [Accepted: 08/28/2020] [Indexed: 11/22/2022] Open
Abstract
Giardiasis is a diarrheal disease that is highly prevalent in developing countries. Several drugs are available for the treatment of this parasitosis; however, failures in drug therapy are common, and have adverse effects and increased resistance of the parasite to the drug, generating the need to find new alternative treatments. In this study, we synthesized a series of 2-mercaptobenzimidazoles that are derivatives of omeprazole, and the chemical structures were confirmed through mass, 1H NMR, and 13C NMR techniques. The in vitro efficacy compounds against Giardia, as well as its effect on the inhibition of triosephosphate isomerase (TPI) recombinant, were investigated, the inactivation assays were performed with 0.2 mg/mL of the enzyme incubating for 2 h at 37 °C in TE buffer, pH 7.4 with increasing concentrations of the compounds. Among the target compounds, H-BZM2, O2N-BZM7, and O2N-BZM9 had greater antigiardial activity (IC50: 36, 14, and 17 µM on trophozoites), and inhibited the TPI enzyme (K2: 2.3, 3.2, and 2.8 M−1 s−1) respectively, loading alterations on the secondary structure, global stability, and tertiary structure of the TPI protein. Finally, we demonstrated that it had low toxicity on Caco-2 and HT29 cells. This finding makes it an attractive potential starting point for new antigiardial drugs.
Collapse
Affiliation(s)
- Beatriz Hernández-Ochoa
- Laboratorio de Inmunoquímica, Hospital Infantil de México Federico Gómez, Secretaría de Salud, Ciudad de Mexico 06720, Mexico; (A.S.-C.); (A.S.-S.)
- Correspondence: (B.H.-O.); (E.C.-J.); Tel.: +52-5228917 (ext. 2000) (B.H.-O.)
| | - Saúl Gómez-Manzo
- Laboratorio de Bioquímica Genética, Instituto Nacional de Pediatría, Secretaría de Salud, Ciudad de México 04530, Mexico; (S.G.-M.); (E.J.R.-N.)
| | - Adrián Sánchez-Carrillo
- Laboratorio de Inmunoquímica, Hospital Infantil de México Federico Gómez, Secretaría de Salud, Ciudad de Mexico 06720, Mexico; (A.S.-C.); (A.S.-S.)
| | - Jaime Marcial-Quino
- Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (CONACYT), Instituto Nacional de Pediatría, Secretaría de Salud, Ciudad de Mexico 04530, Mexico;
| | - Luz María Rocha-Ramírez
- Unidad de Investigación en Enfermedades Infecciosas, Hospital Infantil de México Federico Gómez, Secretaría de Salud Dr. Márquez No. 162, Col Doctores, Delegación Cuauhtémoc, Ciudad de México 06720, Mexico;
| | - Araceli Santos-Segura
- Laboratorio de Inmunoquímica, Hospital Infantil de México Federico Gómez, Secretaría de Salud, Ciudad de Mexico 06720, Mexico; (A.S.-C.); (A.S.-S.)
| | - Edson Jiovany Ramírez-Nava
- Laboratorio de Bioquímica Genética, Instituto Nacional de Pediatría, Secretaría de Salud, Ciudad de México 04530, Mexico; (S.G.-M.); (E.J.R.-N.)
| | - Roberto Arreguin-Espinosa
- Departamento de Química de Biomacromoléculas, Instituto de Química, Universidad Nacional Autónoma de Mexico, Ciudad de Mexico 04510, Mexico; (R.A.-E.); (M.C.-C.)
| | - Miguel Cuevas-Cruz
- Departamento de Química de Biomacromoléculas, Instituto de Química, Universidad Nacional Autónoma de Mexico, Ciudad de Mexico 04510, Mexico; (R.A.-E.); (M.C.-C.)
| | - Alfonso Méndez-Tenorio
- Laboratorio de Biotecnología y Bioinformática Genómica, Escuela Nacional de Ciencias Biológicas, Instituto Politécnico Nacional, Ciudad de México 11340, Mexico;
| | - Ernesto Calderón-Jaimes
- Laboratorio de Inmunoquímica, Hospital Infantil de México Federico Gómez, Secretaría de Salud, Ciudad de Mexico 06720, Mexico; (A.S.-C.); (A.S.-S.)
- Correspondence: (B.H.-O.); (E.C.-J.); Tel.: +52-5228917 (ext. 2000) (B.H.-O.)
| |
Collapse
|
3
|
Morales-Luna L, Hernández-Ochoa B, Ramírez-Nava EJ, Martínez-Rosas V, Ortiz-Ramírez P, Fernández-Rosario F, González-Valdez A, Cárdenas-Rodríguez N, Serrano-Posada H, Centeno-Leija S, Arreguin-Espinosa R, Cuevas-Cruz M, Ortega-Cuellar D, Pérez de la Cruz V, Rocha-Ramírez LM, Sierra-Palacios E, Castillo-Rodríguez RA, Vega-García V, Rufino-González Y, Marcial-Quino J, Gómez-Manzo S. Characterizing the Fused TvG6PD::6PGL Protein from the Protozoan Trichomonas vaginalis, and Effects of the NADP + Molecule on Enzyme Stability. Int J Mol Sci 2020; 21:ijms21144831. [PMID: 32650494 PMCID: PMC7402283 DOI: 10.3390/ijms21144831] [Citation(s) in RCA: 6] [Impact Index Per Article: 1.5] [Reference Citation Analysis] [What about the content of this article? (0)] [Affiliation(s)] [Abstract] [Key Words] [MESH Headings] [Download PDF] [Figures] [Journal Information] [Subscribe] [Scholar Register] [Received: 06/11/2020] [Revised: 07/03/2020] [Accepted: 07/04/2020] [Indexed: 12/30/2022] Open
Abstract
This report describes a functional and structural analysis of fused glucose-6-phosphate dehydrogenase dehydrogenase-phosphogluconolactonase protein from the protozoan Trichomonas vaginalis (T. vaginalis). The glucose-6-phosphate dehydrogenase (g6pd) gene from T. vaginalis was isolated by PCR and the sequence of the product showed that is fused with 6pgl gene. The fused Tvg6pd::6pgl gene was cloned and overexpressed in a heterologous system. The recombinant protein was purified by affinity chromatography, and the oligomeric state of the TvG6PD::6PGL protein was found as tetramer, with an optimal pH of 8.0. The kinetic parameters for the G6PD domain were determined using glucose-6-phosphate (G6P) and nicotinamide adenine dinucleotide phosphate (NADP+) as substrates. Biochemical assays as the effects of temperature, susceptibility to trypsin digestion, and analysis of hydrochloride of guanidine on protein stability in the presence or absence of NADP+ were performed. These results revealed that the protein becomes more stable in the presence of the NADP+. In addition, we determined the dissociation constant for the binding (Kd) of NADP+ in the protein and suggests the possible structural site in the fused TvG6PD::6PGL protein. Finally, computational modeling studies were performed to obtain an approximation of the structure of TvG6PD::6PGL. The generated model showed differences with the GlG6PD::6PGL protein (even more so with human G6PD) despite both being fused.
Collapse
Affiliation(s)
- Laura Morales-Luna
- Laboratorio de Bioquímica Genética, Instituto Nacional de Pediatría, Secretaría de Salud, 04530 Ciudad de México, Mexico; (L.M.-L.); (E.J.R.-N.); (V.M.-R.); (P.O.-R.); (F.F.-R.)
- Posgrado en Ciencias Biológicas, Universidad Nacional Autónoma de México, 04510 Ciudad de México, Mexico
| | - Beatriz Hernández-Ochoa
- Laboratorio de Inmunoquímica, Hospital Infantil de México Federico Gómez, Secretaría de Salud, 06720 Ciudad de México, Mexico;
- Programa de Posgrado en Biomedicina y Biotecnología Molecular, Escuela Nacional de Ciencias Biológicas, Instituto Politécnico Nacional, 11340 Ciudad de México, Mexico
| | - Edson Jiovany Ramírez-Nava
- Laboratorio de Bioquímica Genética, Instituto Nacional de Pediatría, Secretaría de Salud, 04530 Ciudad de México, Mexico; (L.M.-L.); (E.J.R.-N.); (V.M.-R.); (P.O.-R.); (F.F.-R.)
- Posgrado en Ciencias Biológicas, Universidad Nacional Autónoma de México, 04510 Ciudad de México, Mexico
| | - Víctor Martínez-Rosas
- Laboratorio de Bioquímica Genética, Instituto Nacional de Pediatría, Secretaría de Salud, 04530 Ciudad de México, Mexico; (L.M.-L.); (E.J.R.-N.); (V.M.-R.); (P.O.-R.); (F.F.-R.)
- Programa de Posgrado en Biomedicina y Biotecnología Molecular, Escuela Nacional de Ciencias Biológicas, Instituto Politécnico Nacional, 11340 Ciudad de México, Mexico
| | - Paulina Ortiz-Ramírez
- Laboratorio de Bioquímica Genética, Instituto Nacional de Pediatría, Secretaría de Salud, 04530 Ciudad de México, Mexico; (L.M.-L.); (E.J.R.-N.); (V.M.-R.); (P.O.-R.); (F.F.-R.)
| | - Fabiola Fernández-Rosario
- Laboratorio de Bioquímica Genética, Instituto Nacional de Pediatría, Secretaría de Salud, 04530 Ciudad de México, Mexico; (L.M.-L.); (E.J.R.-N.); (V.M.-R.); (P.O.-R.); (F.F.-R.)
| | - Abigail González-Valdez
- Departamento de Biología Molecular y Biotecnología, Instituto de Investigaciones Biomédicas, Universidad Nacional Autónoma de México, 04510 Ciudad de México, Mexico;
| | - Noemí Cárdenas-Rodríguez
- Laboratorio de Neurociencias, Instituto Nacional de Pediatría, Secretaría de Salud, 04530 Ciudad de México, Mexico;
| | - Hugo Serrano-Posada
- Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (CONACYT), Laboratorio de Agrobiotecnología, Tecnoparque CLQ, Universidad de Colima, Carretera los Limones-Loma de Juárez, 28629 Colima, Mexico; (H.S.-P.); (S.C.-L.)
| | - Sara Centeno-Leija
- Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (CONACYT), Laboratorio de Agrobiotecnología, Tecnoparque CLQ, Universidad de Colima, Carretera los Limones-Loma de Juárez, 28629 Colima, Mexico; (H.S.-P.); (S.C.-L.)
| | - Roberto Arreguin-Espinosa
- Departamento de Química de Biomacromoléculas, Instituto de Química, Universidad Nacional Autónoma de México, 04510 Ciudad de México, Mexico; (R.A.-E.); (M.C.-C.)
| | - Miguel Cuevas-Cruz
- Departamento de Química de Biomacromoléculas, Instituto de Química, Universidad Nacional Autónoma de México, 04510 Ciudad de México, Mexico; (R.A.-E.); (M.C.-C.)
| | - Daniel Ortega-Cuellar
- Laboratorio de Nutrición Experimental, Instituto Nacional de Pediatría, 04530 Secretaría de Salud, Mexico;
| | - Verónica Pérez de la Cruz
- Departamento de Neuroquímica, Instituto Nacional de Neurología y Neurocirugía Manuel Velasco Suárez, Secretaria de Salud, 14269 Ciudad de México, Mexico;
| | - Luz María Rocha-Ramírez
- Unidad de Investigación en Enfermedades Infecciosas, Hospital Infantil de México Federico Gómez, Dr. Márquez No. 162, Col Doctores, 06720 Delegación Cuauhtémoc, Mexico;
| | - Edgar Sierra-Palacios
- Colegio de Ciencias y Humanidades, Plantel Casa Libertad, Universidad Autónoma de la Ciudad de México, 09620 Ciudad de México, Mexico;
| | - Rosa Angélica Castillo-Rodríguez
- Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (CONACYT), Instituto Nacional de Pediatría, Secretaría de Salud, 04530 Ciudad de México, Mexico;
| | - Vanesa Vega-García
- Facultad de Ciencias, Universidad Nacional Autónoma de México, 04510 Ciudad de México, Mexico;
| | - Yadira Rufino-González
- Laboratorio de Parasitología Experimental, Instituto Nacional de Pediatría, Secretaría de Salud, 04530 Ciudad de México, Mexico;
| | - Jaime Marcial-Quino
- Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (CONACYT), Instituto Nacional de Pediatría, Secretaría de Salud, 04530 Ciudad de México, Mexico;
- Correspondence: (J.M.-Q.); (S.G.-M.); Tel.: +52-55-1084-0900 (ext. 1442) (J.M.-Q. & S.G.-M.)
| | - Saúl Gómez-Manzo
- Laboratorio de Bioquímica Genética, Instituto Nacional de Pediatría, Secretaría de Salud, 04530 Ciudad de México, Mexico; (L.M.-L.); (E.J.R.-N.); (V.M.-R.); (P.O.-R.); (F.F.-R.)
- Correspondence: (J.M.-Q.); (S.G.-M.); Tel.: +52-55-1084-0900 (ext. 1442) (J.M.-Q. & S.G.-M.)
| |
Collapse
|
4
|
Ramírez-Nava EJ, Ortega-Cuellar D, González-Valdez A, Castillo-Rodríguez RA, Ponce-Soto GY, Hernández-Ochoa B, Cárdenas-Rodríguez N, Martínez-Rosas V, Morales-Luna L, Serrano-Posada H, Sierra-Palacios E, Arreguin-Espinosa R, Cuevas-Cruz M, Rocha-Ramírez LM, Pérez de la Cruz V, Marcial-Quino J, Gómez-Manzo S. Molecular Cloning and Exploration of the Biochemical and Functional Analysis of Recombinant Glucose-6-Phosphate Dehydrogenase from Gluconoacetobacter diazotrophicus PAL5. Int J Mol Sci 2019; 20:ijms20215279. [PMID: 31652968 PMCID: PMC6862599 DOI: 10.3390/ijms20215279] [Citation(s) in RCA: 4] [Impact Index Per Article: 0.8] [Reference Citation Analysis] [What about the content of this article? (0)] [Affiliation(s)] [Abstract] [Key Words] [MESH Headings] [Download PDF] [Figures] [Journal Information] [Subscribe] [Scholar Register] [Received: 09/17/2019] [Revised: 10/21/2019] [Accepted: 10/22/2019] [Indexed: 11/17/2022] Open
Abstract
Gluconacetobacter diazotrophicus PAL5 (GDI) is an endophytic bacterium with potential biotechnological applications in industry and agronomy. The recent description of its complete genome and its principal metabolic enzymes suggests that glucose metabolism is accomplished through the pentose phosphate pathway (PPP); however, the enzymes participating in this pathway have not yet been characterized in detail. The objective of the present work was to clone, purify, and biochemically and physicochemically characterize glucose-6-phosphate dehydrogenase (G6PD) from GDI. The gene was cloned and expressed as a tagged protein in E. coli to be purified by affinity chromatography. The native state of the G6PD protein in the solution was found to be a tetramer with optimal activity at pH 8.8 and a temperature between 37 and 50 °C. The apparent Km values for G6P and nicotinamide adenine dinucleotide phosphate (NADP+) were 63 and 7.2 μM, respectively. Finally, from the amino acid sequence a three-dimensional (3D) model was obtained, which allowed the arrangement of the amino acids involved in the catalytic activity, which are conserved (RIDHYLGKE, GxGGDLT, and EKPxG) with those of other species, to be identified. This characterization of the enzyme could help to identify new environmental conditions for the knowledge of the plant–microorganism interactions and a better use of GDI in new technological applications.
Collapse
Affiliation(s)
- Edson Jiovany Ramírez-Nava
- Laboratorio de Bioquímica Genética, Instituto Nacional de Pediatría, Secretaría de Salud, Ciudad de México 04530, Mexico.
| | - Daniel Ortega-Cuellar
- Laboratorio de Nutrición Experimental, Instituto Nacional de Pediatría, Secretaría de Salud 04530, Mexico.
| | - Abigail González-Valdez
- Departamento de Biología Molecular y Biotecnología, Instituto de Investigaciones Biomédicas, Universidad Nacional Autónoma de México, Ciudad de Mexico 04510, Mexico.
| | - Rosa Angélica Castillo-Rodríguez
- Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (CONACYT), Instituto Nacional de Pediatría, Secretaría de Salud, Ciudad de Mexico 04530, Mexico.
| | - Gabriel Yaxal Ponce-Soto
- Institute for Bio- and Geosciences (IBG-2: Plant Sciences), Forschungszentrum Jülich, Wilhelm Johnen Straße, 52428 Jülich, Germany.
| | - Beatriz Hernández-Ochoa
- Laboratorio de Inmunoquímica, Hospital Infantil de México Federico Gómez, Secretaría de Salud, Ciudad de Mexico 06720, Mexico.
| | - Noemí Cárdenas-Rodríguez
- Laboratorio de Neurociencias, Instituto Nacional de Pediatría, Secretaría de Salud, Ciudad de México 04530, Mexico.
| | - Víctor Martínez-Rosas
- Laboratorio de Bioquímica Genética, Instituto Nacional de Pediatría, Secretaría de Salud, Ciudad de México 04530, Mexico.
| | - Laura Morales-Luna
- Laboratorio de Bioquímica Genética, Instituto Nacional de Pediatría, Secretaría de Salud, Ciudad de México 04530, Mexico.
| | - Hugo Serrano-Posada
- Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (CONACYT), Laboratorio de Agrobiotecnología, Tecnoparque CLQ, Universidad de Colima, Carretera los Limones-Loma de Juárez, Colima 28629, Mexico.
| | - Edgar Sierra-Palacios
- Colegio de Ciencias y Humanidades, Plantel Casa Libertad, Universidad Autónoma de la Ciudad de México, Ciudad de Mexico 09620, Mexico.
| | - Roberto Arreguin-Espinosa
- Departamento de Química de Biomacromoléculas, Instituto de Química, Universidad Nacional Autónoma de Mexico, Ciudad de Mexico 04510, Mexico.
| | - Miguel Cuevas-Cruz
- Departamento de Química de Biomacromoléculas, Instituto de Química, Universidad Nacional Autónoma de Mexico, Ciudad de Mexico 04510, Mexico.
| | - Luz María Rocha-Ramírez
- Departamento de Infectología, Hospital Infantil de México Federico Gómez, Dr. Márquez No. 162, Col Doctores, Delegación Cuauhtémoc 06720, Mexico.
| | - Verónica Pérez de la Cruz
- Departamento de Neuroquímica, Instituto Nacional de Neurología y Neurocirugía Manuel Velasco Suárez, S.S.A., Ciudad de Mexico 14269, Mexico.
| | - Jaime Marcial-Quino
- Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (CONACYT), Instituto Nacional de Pediatría, Secretaría de Salud, Ciudad de Mexico 04530, Mexico.
| | - Saúl Gómez-Manzo
- Laboratorio de Bioquímica Genética, Instituto Nacional de Pediatría, Secretaría de Salud, Ciudad de México 04530, Mexico.
| |
Collapse
|