La capacidad de sintetizar lípidos de ornitina (OLs) está ampliamente distribuida en eubacteria, pero hasta ahora no se han encontrado OLs en archaea o eucariotas. La estructura básica de OLs está formado por un ácido graso 3-hidroxilado unido por un enlace amido al grupo a-amino de la ornitina. Un segundo ácido graso se encuentra esterificado al grupo 3-hidroxilo del primero. Hasta hace aproximadamente diez años no se concocieron los genes o las enzimas involucrados en la biosíntesis de OLs. Luego el Dr. Otto Geiger y colaboradores descubrieron los genes olsA y olsB en Sinorhizobium meliloti codificando para las actividades enzimáticas responsables para la biosíntesis de OLs en este organismo. S. meliloti solamente forma un OL, pero algunas bacterias que forman OLs tienen la capacidad de hidroxilar sus OLs en una o varias posiciones. En los últimos años se describieron diferentes hidroxilasas de OL llamadas OlsC, OlsD, y OlsE: OlsC introduce un grupo 2-hidroxilo en el ácido graso esterificado del OL y se describió en Rhizobium tropici, OlsD introduce un grupo hidroxilo en el ácido graso amidificado y se describió en Burkholderia cenocepacia y OlsE introduce un grupo hidroxilo en la ornitina que forma el grupo cabeza del OL y se describió en R. tropici. Un análisis exhaustivo de la literatura científica y de las secuencias publicadas de genomas bacterianos indica que deban existir genes desconocidos involucrados en la biosíntesis de OLs distintos a los que se han descrito. Utilizamos la presencia de homólogos del gen olsB codificando la N-aciltransferasa OlsB catalizando el primer paso en la biosíntesis de OLs en los genomas bacterianos como indicador que estos organismos sean capaces de sintetizar OLs. Homólogos de olsB están presentes en los genomas de alrededor de 25% de las especies bacterianas secuenciadas, sin embargo están ausentes en algunas especies de las cuales se sabe que forman OLs como son cepas del género Serratia, Sorangium cellulosum, y Flavobacterium sp. lo que indica que estos organismos deban de ocupar genes/enzimas desconocidos hasta ahora para la biosíntesis de OLs. Describimos el gene olsC de R. tropici que codifica para una hidroxilasa responsable para la 2-hidroxilacion del ácido graso esterificado de OLs en este organismo. Dicha modificación de OLs también se encuentra en B. cenocepacia. Como se ha sospechado que la 2-hidroxilacion de ácidos grasos podría tener un papel en la patogenicidad queremos identificar el gen responsable también en B. cenocepacia. Su genoma contiene dos genes que codifican para homólogos de OlsC llamados LpxO1 y OlsD. En otro estudio de nuestro grupo se observó que ninguno de los dos es responsable de la 2-hidroxilación de OLs. Esto indica que deba existir otra hidroxilasa responsable para la 2-hidroxilación de OLs no relacionada a OlsC. Se pretende identificar los genes desconocidos involucrados en la síntesis de OL en Serratia proteamaculans y el gen desconocido responsable para la 2-hidroxilación del OL en B. cenocepacia. Posteriormente queremos construir mutantes en S. proteamaculans y B. cenocepacia deficientes en los genes que se vayan a encontrar en este estudio y caracterizar las mutantes respectivas. También se pretende estudiar las proteínas codificadas por los genes novedosos en más detalle. En un futuro posterior a este estudio se pretende establecer si una mutante deficiente en la 2-hidroxilación en B. cenocepacia sea menos patógena en modelos murinos. Además queremos resolver cómo modificaciones de OL afectan a su bioactividad en ensayos con macrófagos.

Las bacterias contienen en sus membranas mucha más diversidad de lípidos de lo que se había reconocido anteriormente y en muchos casos no se conocen ni su biosíntesis ni las funciones específicas de éstos. Esto se debe a que la biosíntesis de lípidos de membrana tradicionalmente se ha estudiado en las bacterias modelo Escherichia coli y Bacillus subtilis que contienen solo tres lípidos mayoritarios en sus membranas. Creemos que es de gran importancia estudiar las rutas de biosíntesis de otros lípidos que podrían ser de vital importancia para las bacterias que los contienen. Así, lípidos de ornitina (OLs) están presentes en muchas eubacterias pero no están presentes en E. coli o en B. subtilis. Estimamos que un 25% de las especies bacterianas secuenciadas tienen la capacidad de formarlos. Hasta aproximadamente diez años no se conocían ni su biosíntesis ni los genes o enzimas implicados en ella. Desde entonces se describieron muchos genes involucrados en la biosíntesis de OLs y su hidroxilación. Primero se descubrieron los dos genes estructurales en S. meliloti involucrados en la biosíntesis de OLs no modificados, olsA y olsB. Luego dentro de los últimos años se describieron las hidroxilasas OlsC, OlsD y OlsE capaces de modificar OLs. Se ha visto en varios estudios que OL no modificado y sus formas hidroxiladas juegan un papel importante en condiciones de estrés abiótico como por ejemplo estrés térmico o estrés por acidez (Taylor et al., 1998; Rojas-Jiménez et al., 2005; Vences-Guzmán et al., 2011). Además se observó que estos lípidos juegan cierto papel en las interacciones con hospederos eucariotas (Rojas-Jiménez et al., 2005; Vences-Guzmán et al., 2011, 2012a, 2012b). No se ha descrito la presencia de OL en ningún eucariota, ni tampoco se encontraron genes homólogos a olsA u olsB en las secuencias de genomas de eucariotas. Parece que OLs están limitados a eubacterias por lo que al conocer en detalle los componentes y su modo de biosíntesis podrían desarrollarse inhibidores específicos para OL y que pudieran utilizarse como antibióticos. Hay aislados clínicos de Flavobacterium y de Burkholderia en los que OL y sus derivados hidroxilados constituyen la fracción lipídica mayoritaria y pudiera ser esencial para la supervivencia de estas bacterias. Una de las modificaciones descritas del OL es la hidroxilación en la posición 2 del ácido graso esterificado. La presencia de este ácido graso 2-hidroxilado podría ser un factor importante de virulencia para aquellas bacterias que lo producen, tal como lo es la presencia de un ácido graso 2-hidroxilado en el lípido A (Raetz & Whiltfield, 2002). También B. cenocepacia, un patógeno oportunista importante especialmente en casos de fibrosis quística, forma un OL con un ácido graso 2-hidroxilado. Buscando el genoma de B. cenocepacia se encuentran dos genes que codifican para homólogos de OlsC de R. tropici, sin embargo se observó que ninguno de estos es responsable para la 2-hidroxilación de OL (González-Silva et al., 2011). Nuestro análisis detallado de la distribución de homólogos de olsB y su comparación de estos resultados con la literatura científica indica que debe existir otra ruta para la biosíntesis de OLs independiente de OlsB. Varias bacterias cuyos genomas se han secuenciado y de los cuales se sabe que forman OLs carecen de genes que codifican para homólogos de OlsB. Entre ellas se encuentran cepas del genero Serratia, la delta proteobacteria Sorangium cellulosum, y Flavobacterium sp. (Keck et al., 2011; Pitta et al., 1989; Hara-Hotta et al., 1991). Queremos identificar los genes cuyos productos son responsables de la biosíntesis de OLs independiente de OlsBA en Serratia proteamaculans. También se va a identificar el gen responsable de introducir la modificación 2-hidroxilo en B. cepacia y se creará una mutante que produzca OL sin grupos 2-hidroxilo. Se construirán mutantes deficientes en a biosíntesis de OLs en S. proteamaculans y en la 2-hidroxilación de OL en B. cenocepacia. Estas mutantes se caracterizarán de manera detallada para aprender sobre la función de OL en S. proteamaculans y del OL 2-hidroxilada en B. cenocepacia similar como se ha descrito anteriormente (Taylor et al., 1998; Vences-Guzmán et al., 2011, 2012b). Los genes identificados y las proteínas para las cuales codifican también se estudiarán en detalle. En resumen, estos estudios mejorarán el conocimiento de todas las etapas biosintéticas de OLs. A pesar de estar ampliamente distribuido en bacterias todavía no se conocen todas las rutas de biosíntesis ni todos los genes implicados en sus modificaciones. Se ha vista en estudios anteriores que OL y sus formas hidroxiladas juegan un papel importante en la resistencia de las bacterias a condiciones de estrés abiótico (Taylor et al., 1998; Rojas-Jiménez et al., 2005; Vences-Guzmán et al 2011, 2012a, 2012b). En varias bacterias de importancia médica como B. cenocepacia o Flavobacterium sp. no se ha podido estudiar el papel de los OLs y sus formas hidroxiladas porque no se conocían los genes/las enzimas involucrados en su biosíntesis y/o modificación. Nuestro estudio hará posible estos estudios. Como ya mencionado anteriormente OLs solamente se han descrito en eubacterias pero están ausentes en eucariontes. El conocer estos genes/estas enzimas permitirá el desarrollo de inhibidores de la síntesis de OL y/o de la 2-hidroxilación de OL que podrían afectar a la supervivencia o la virulencia de las bacterias que los poseen.