La aplicación de la criomicroscopía electrónica continúa ampliando el conocimiento sobre los mecanismos moleculares implicados en las enfermedades orales. Un estudio liderado por investigadores del Instituto de Ciencia y Tecnología de Okinawa (OIST), en colaboración con las universidades de Tottori, Hiroshima y Nagasaki, ha logrado describir con resolución casi atómica la estructura de los pili Mfa de Porphyromonas gingivalis, uno de los principales patógenos asociados a la periodontitis.
Los resultados, publicados en la revista Communications Biology, aportan información detallada sobre los mecanismos de adhesión y ensamblaje de estas estructuras filamentosas, fundamentales para la colonización bacteriana y el desarrollo de la placa dental.
P. gingivalis es considerada una de las especies bacterianas clave en la disbiosis del biofilm subgingival y en la progresión de la enfermedad periodontal. Su capacidad para adherirse tanto a tejidos del hospedador como a otros microorganismos del ecosistema oral resulta esencial para el establecimiento y mantenimiento de comunidades bacterianas complejas.
Para ello, la bacteria dispone principalmente de dos sistemas de adhesión: los pili Fim y los pili Mfa. Ambos están constituidos por subunidades proteicas que se ensamblan formando largas estructuras filamentosas con capacidad para reconocer y unirse a superficies biológicas y a otras bacterias presentes en el biofilm oral.
Mientras que trabajos previos habían permitido caracterizar componentes estructurales del sistema Fim, el nuevo estudio se centra en las proteínas Mfa1, principales constituyentes de los pili Mfa y responsables de gran parte de las interacciones interbacterianas que favorecen la formación de biopelículas maduras.
Para analizar su organización, los investigadores reprodujeron in vitro el proceso de polimerización de Mfa1 y posteriormente estudiaron los filamentos mediante criomicroscopía electrónica. La técnica permitió obtener imágenes con una resolución de 3,0 Å, suficiente para identificar detalles estructurales a escala prácticamente atómica.
El análisis reveló que el ensamblaje de los pili Mfa se produce mediante un mecanismo denominado intercambio de hebras, un proceso en el que cada subunidad incorpora parte de su estructura en un surco hidrofóbico de la proteína vecina, generando una unión estable y altamente organizada. La activación de este mecanismo depende de la escisión enzimática del extremo N-terminal de Mfa1 por acción de una proteasa bacteriana. Este procesamiento desencadena un cambio conformacional que expone regiones del extremo C-terminal necesarias para el acoplamiento entre subunidades y la elongación progresiva del filamento.
Según los autores, la presencia de un mecanismo de ensamblaje similar en los pili Fim sugiere la existencia de un principio estructural compartido por diferentes tipos de filamentos bacterianos, lo que podría representar una diana terapéutica de amplio espectro frente a microorganismos periodontopatógenos.
Otro de los hallazgos relevantes del trabajo fue la identificación de iones calcio integrados en la estructura del pilus Mfa. El mapeo electrónico permitió localizar estos elementos y posteriores análisis confirmaron su naturaleza y posible función biológica. Los investigadores plantean que la unión al calcio podría contribuir a la estabilidad estructural del filamento y, además, desempeñar un papel en los mecanismos de evasión inmunitaria de la bacteria, dificultando su reconocimiento por parte del sistema defensivo del hospedador.
El estudio también exploró las interacciones entre P. gingivalis y Streptococcus gordonii, una especie bacteriana frecuentemente asociada a las fases iniciales de formación del biofilm dental. Mediante simulaciones computacionales, el equipo consiguió visualizar los puntos de contacto entre ambas especies y los mecanismos que favorecen su agregación. La caracterización de estas interfaces de unión podría facilitar el desarrollo de moléculas capaces de bloquear la adhesión bacteriana y prevenir la maduración de la placa dental antes de que se produzca el daño periodontal irreversible.
Más allá de la periodontitis, la relevancia clínica de P. gingivalis trasciende el ámbito odontológico. Numerosos estudios han asociado su presencia con patologías sistémicas como la diabetes, la enfermedad cardiovascular, la artritis reumatoide, determinadas complicaciones del embarazo e incluso procesos neurodegenerativos como la enfermedad de Alzheimer.
