La superfamilia de las metalo-β-lactamasas (MBL) [1] constituye un grupo de proteínas que se encuentran en todos los dominios de la vida y que comparten un pliegue αββα característico con la capacidad de unirse a iones de metales de transición. Dichos sitios de unión de metales pueden tener iones de metales de transición divalentes como Zn(II), Fe(II)/Fe(III) y Mn(II), y se encuentran en el fondo de una hendidura amplia capaz de acomodar diversos sustratos. El nombre fue adoptado en honor a los primeros miembros de la superfamilia que se estudiaron experimentalmente: un grupo de enzimas hidrolíticas dependientes del zinc que confieren resistencia bacteriana a los antibióticos β-lactámicos. Estas zinc-β-lactamasas (ZBL) inactivan los antibióticos β-lactámicos a través de la hidrólisis del anillo β-lactámico. Los primeros estudios sobre las MBL se realizaron con la enzima βLII aislada de la cepa 569/H/9 de Bacillus cereus . Se denominó βLII porque fue la segunda β-lactamasa que se demostró que producía la bacteria; la primera, βLI, era una β-lactamasa no metálica, es decir, insensible a la inhibición con EDTA (con el tiempo, βLII pasó a llamarse BcII).
Los análisis cristalográficos de rayos X de baja resolución publicados en 1995 [2] revelaron el nuevo pliegue αββα que se convertiría en el sello distintivo de la superfamilia MBL, junto con un único ion Zn(II) unido a un motivo de tres histidinas, similar al sitio activo típico de las anhidrasas carbónicas. Por lo tanto, se pensaba que BcII y las ZBL en general usaban un único ion Zn(II) para activar una molécula de agua para la hidrólisis, de manera análoga al mecanismo por el cual las anhidrasas carbónicas hidratan el dióxido de carbono en bicarbonato. Esta creencia pronto fue desacreditada cuando se publicó la estructura de la ZBL de Bacteroides fragilis , CcrA, que mostraba un ion Zn(II) adicional junto al anterior. El segundo zinc estaba coordinado con los residuos Asp, Cys e His cercanos. [3] Además, el segundo ion metálico se encontró más tarde también en la ZBL de Bacillus cereus , [4] lo que inició una controversia de una década sobre el papel de cada ion zinc. Más tarde, se encontró que los ZBL monometálicos son bastante excepcionales y la reacción de inactivación del antibiótico requiere dos iones Zn(II). [5] De manera similar, se ha demostrado que los quelantes de zinc pueden inhibir la actividad hidrolítica de las metalo-β-lactamasas contra los antibióticos β-lactámicos, restaurando la actividad de estos últimos. [6]
Las metalo-beta-lactamasas son enzimas importantes porque están involucradas en la descomposición de antibióticos por bacterias resistentes a antibióticos . [7] No está claro si la actividad de metalo-beta-lactamasa evolucionó una o dos veces dentro de la superfamilia; si fue dos veces, esto sugeriría exaptación estructural . [8] Las proteínas que pertenecen a la superfamilia MBL generalmente combinan al menos un dominio MBL con dominios adicionales que proporcionan diferentes funciones, como el reconocimiento del sustrato o la unión a otros polipéptidos, de manera modular. Por lo tanto, los miembros de la superfamilia MBL aprovechan la capacidad de activación de agua asistida por metales del dominio MBL para realizar una amplia variedad de reacciones hidrolíticas. Dicha diversidad a menudo se expande mediante mutaciones alrededor del sitio de unión del metal para unir diferentes iones metálicos. De hecho, aquellas MBL que se unen a Fe(II)/Fe(III) a menudo son activas redox debido a la capacidad de realizar reacciones redox de un electrón.
Los primeros intentos de clasificar sistemáticamente a todos los miembros de la superfamilia MBL fueron realizados en 1999 por Aravind [9] , quien demostró que muchas otras proteínas muestran el αββα típico de las MBL. Estas observaciones fueron actualizadas en 2001 por Daiyasu et al. quienes definieron al menos 16 familias dentro de la superfamilia MBL. [10] Estas proteínas incluyen tiolesterasas , miembros de la familia de la glioxalasa II , que catalizan la hidrólisis de SD-lactoil-glutatión para formar glutatión y ácido D-láctico y una proteína de competencia que es esencial para la transformación natural en Neisseria gonorrhoeae y podría ser un transportador involucrado en la captación de ADN. A excepción de la proteína de competencia, estas proteínas unen dos iones de zinc por molécula como cofactor . Actualmente, se ha demostrado que al menos cien proteínas contienen un dominio αββα utilizando cristalografía de rayos X, mientras que toda la superfamilia MBL incluye alrededor de medio millón de miembros.