Cobre como agente antibacteriano de superficie

El cobre se puede usar fácilmente en la salud pública en su forma sólida en hospitales y entornos médicos, por ejemplo, puertas, pomos, material de tuberías u otras superficies inanimadas en diferentes instalaciones (Casey et al. 2010; Mikolay et al. 2010; Karpanen et al. 2012; Schmidt et al. 2012; Inkinen et al. 2017) o para dispositivos médicos (Goudarzi et al. 2017; Schmidt et al. 2017). Para probar su actividad antimicrobiana superficial, los investigadores utilizan principalmente cupones con diferentes concentraciones de cobre.

Noyce et al. (2006) probaron aleaciones de cobre (61-95% Cu) para su actividad antibacteriana en E. coli O157 a diferentes temperaturas (22°C y 4°C). Demostraron un efecto antibacteriano en todas las condiciones, especialmente a 22°C, pero solo las aleaciones de alto cobre (95% Cu) mataron completamente E. coli (Noyce et al. 2006). De manera similar, Wilks et al. (2005) demostraron actividades antibacterianas del cobre en E. coli O157 a diferentes temperaturas (20°C y 4°C). También mostraron actividades antibacterianas en todas las condiciones, especialmente a 20°C y cuando la concentración de cobre en las aleaciones era superior al 85% (Wilks et al. 2005).

Además, se estudió el efecto de las superficies de aleación de cobre (65-100% Cu) contra Clostridium difficile vegetativo y esporular, y se demostró que las aleaciones de cobre (> 70% Cu) proporcionan una reducción significativa en la supervivencia de las células vegetativas y las esporas de C. difficile con una eliminación completa después de 24-48 horas (Weaver et al. 2008). También se destacó el efecto antibacteriano de los cupones de cobre (C19700, 99% Cu) en C. difficile y se observó una eliminación completa de las células vegetativas de C. difficile en 30 minutos y una reducción del 99,8% en la viabilidad de las esporas de C. difficile después de 3 horas (Wheeldon et al. 2008).

Un estudio investigó la actividad antibacteriana de cupones de cobre (99% Cu y 63% Cu) en aislados clínicos de E. coli, Enterobacter spp., Klebsiella pneumoniae, Pseudomonas aeruginosa y Acinetobacter baumannii, todos ellos potentes patógenos Gram-negativos multirresistentes responsables de infecciones nosocomiales. Las superficies de cobre mostraron actividad antimicrobiana en todas las cepas probadas, especialmente con cupones de cobre que contenían 99% Cu, que tuvieron un efecto bactericida en 2, 3, 5 y 6 horas para A. baumannii, Enterobacter spp., K. pneumoniae y P. aeruginosa y E. coli, respectivamente (Souli et al. 2013).

En resumen, la actividad antimicrobiana del cobre aumenta proporcionalmente a su concentración, de acuerdo con varios estudios (Mehtar et al. 2008; Elguindi et al. 2009; Zhu et al. 2012; Souli et al. 2013) y los cupones de cobre puro presentan una mayor eficacia antibacteriana. Estos estudios también destacan que la temperatura experimental impacta directamente el proceso de "muerte por contacto", de acuerdo con otros estudios publicados anteriormente (Faúndez et al. 2004; Elguindi et al. 2009; Michels et al. 2009). Además, se demostró que los iones de cobre liberados de los cupones dependían del medio (Molteni et al. 2010). Los autores compararon cuatro medios diferentes: 0,1 mol l⁻¹ Tris-Cl pH 7, M17 (Terzaghi y Sandine 1975), agua y 100 mmol l⁻¹ solución salina tamponada con fosfato pH 7 (NaP_i), y demostraron que en los medios Tris-Cl y M17 se obtuvo la eliminación completa de E. hirae en 12 y 90 min, respectivamente, frente a 6 horas usando los otros medios. Concluyeron que la aplicación de bacterias a superficies de cobre en tampones Tris-Cl mejoró la "muerte por contacto" a través de una mayor liberación de iones de cobre y establecieron un vínculo causal entre estas concentraciones de cobre disuelto y las tasas de eliminación. De la misma manera, se ha demostrado previamente que un tampón de fosfato con adición de HEPES aumenta drásticamente el efecto bactericida de la mezcla Cu-H₂O₂ en E. coli (Hartemann et al. 1995).

Cobre como agente antibacteriano en partículas

El cobre también es reconocido como un potente agente de partículas antibacterianas. Su uso en forma de partículas (especialmente nanopartículas) muestra propiedades muy interesantes (Halbus et al. 2017). Por ejemplo, se ha demostrado una alta actividad antibacteriana de nanopartículas de quitosano-cobre en muchas cepas bacterianas, incluyendo MRSA, Bacillus subtilis, P. aeruginosa y Salmonella choleraesuis (Usman et al. 2013). Giannousi et al. (2014) también demostraron la actividad antibacteriana de las nanopartículas a base de cobre y mostraron que las nanopartículas de cobre (Cu-NPs), así como el óxido cuproso (Cu₂O), inducían la degradación del ADN plasmídico de manera dosis-dependiente en cepas Grampositivas y Gramnegativas. Además, mostraron que la concentración de iones liberados estaba por debajo del nivel de inhibición del crecimiento bacteriano (concentración mínima inhibitoria). Basándose en estos resultados, los autores concluyeron que la concentración de iones liberados era menos importante que el tamaño de las nanopartículas para la actividad antibacteriana. Además, y en cuanto a la superficie de cobre, parece que la membrana externa sería la primera línea de defensa bacteriana contra los iones de cobre (Speer et al. 2013). Por lo tanto, el tamaño de las Cu-NPs resultó ser un factor importante que contribuye a la actividad antimicrobiana del cobre. Otros autores sintetizaron nanopartículas de CuO (CuO-NPs) que fueron purificadas y secadas en diferentes tamaños de CuO-NPs (Thekkae Padil y Černík 2013). Se encontró que las CuO-NPs pequeñas (4·8 ± 1·6 nm) tenían una actividad antibacteriana significativamente mejor que las partículas más grandes (7·8 ± 2·3 nm). Azam et al. (2012) también confirmaron estos resultados y Applerot et al. (2012) destacaron que las partículas más pequeñas tienen una mejor actividad antimicrobiana debido a su mayor capacidad para penetrar las células (Applerot et al. 2012; Azam et al. 2012). Sin embargo, su tamaño nanométrico también es responsable de su citotoxicidad y genotoxicidad y debe tenerse en cuenta al considerar su uso (Karlsson et al. 2009; Midander et al. 2009; Wang et al. 2012).

Muchos otros estudios recientes han confirmado la actividad antimicrobiana del cobre en forma de nanopartículas y su posible utilidad contra las infecciones (Pramanik et al. 2012; Pinto et al. 2013; Shankar et al. 2014; Wei et al. 2014; Bogdanović et al. 2015; Kruk et al. 2015; Gutiérrez et al. 2017; Maqbool et al. 2017; Qadri et al. 2017). Sin embargo, su rápida oxidación al exponerse al aire limita su uso antimicrobiano en condiciones aeróbicas (Usman et al. 2013).

El cobre como agente antifúngico de superficie

Aunque se ha investigado menos sobre la actividad antifúngica del cobre, se acepta unánimemente que existe una actividad similar a la descrita para las especies bacterianas en los hongos.

Quaranta et al. (2011) investigaron el mecanismo de "eliminación por contacto" en células de Candida albicans y levadura Saccharomyces cerevisiae en contacto con cupones de cobre (C11000 99·9% Cu y C75200 62% Cu) (Quaranta et al. 2011). La modificación de la homeostasis del cobre causó una eliminación de cuatro a seis veces más rápida de C. albicans con deficiencia de exportación de cobre-ATPasa y de S. cerevisiae deficiente en transportadores de captación de cobre, ambos involucrados en la regulación intracelular del cobre, que de células de tipo salvaje debido a una acumulación intracelular de cobre. Los autores demostraron que los primeros daños se localizaron en las membranas, de forma similar al mecanismo bacteriano de "eliminación por contacto". Además, los ensayos de detección de mutaciones mostraron la ausencia completa de daño en el ADN. El ensayo de tinción Live/Dead confirmó esta hipótesis al mostrar un daño rápido y extenso en la membrana citoplasmática después de la exposición de la levadura a las superficies de cobre.

Sin embargo, en las cepas de C. albicans, que expresan niveles más altos del gen transportador de cobre ATPasa tipo P1 CRP1, la resistencia contra el cobre es mayor al regular la captación intracelular de cobre. ALS1 y ALS3, un grupo de genes que codifican glicoproteínas asociadas a la superficie celular, podrían regular CRP1 y de facto sugerir un mecanismo de resistencia diferente al de "eliminación por contacto" (Zheng et al. 2016).

El cobre como agente antifúngico particulado

Al igual que en las bacterias, las Cu-NPs tienen una potente actividad antifúngica. Ghasemian et al. (2012) probaron la actividad antifúngica contra hongos filamentosos como Alternaria alternata, Aspergillus flavus, Fusarium solani y Penicillium chrysogenum. Sintetizaron Cu-NPs de 8 nm y mostraron una importante actividad antifúngica de estas partículas con concentraciones mínimas inhibitorias (CMI) que oscilaban entre 40 y 80 mg l⁻¹ (Ghasemian et al. 2012) y que el tamaño de las partículas es un factor importante en la actividad antimicrobiana del cobre. Otros estudios han informado sobre la actividad antifúngica de las Cu-NPs contra especies de Candida (Usman et al. 2013; Kruk et al. 2015).

El cobre como agente antiviral de superficie

El cobre también tiene la capacidad de destruir virus, como los virus de la gripe, los norovirus o el virus de la inmunodeficiencia humana (VIH).

Warnes y Keevil (2013) demostraron una rápida inactivación del norovirus murino (MNV-1) en superficies secas de aleaciones de cobre (65% a 99,9% Cu) a temperatura ambiente (Warnes y Keevil 2013). De manera similar a la "eliminación por contacto" de especies bacterianas y fúngicas, demostraron que Cu(II) y especialmente Cu(I) eran los principales efectores de la inactivación de MNV-1. La extinción del superóxido y los radicales hidroxilo no proporcionó una mejor protección, lo que sugiere que las ERO (especies reactivas de oxígeno) tuvieron poco efecto en la inactivación del norovirus en esta situación. Finalmente, demostraron que el genoma viral es atacado por el cobre, especialmente un gen que codifica VPg (proteína unida al genoma viral, una proteína viral esencial para la infectividad viral), mediante la reducción del número de copias del gen. Warnes et al. (2015) confirmaron estos resultados e informaron que el MNV-1 se inactivaba más rápidamente en aleaciones que contenían 79-89% de cobre que en aleaciones que contenían 70% de cobre (Warnes et al. 2015). Estos resultados confirman que la concentración de cobre afecta la eficiencia antiviral del cobre.

Además, también se ha demostrado la inactivación de los virus de la viruela del mono y de la viruela en superficies de cobre (Bleichert et al. 2014).

El cobre como agente antiviral particulado

Noyce et al. (2007) probaron la propiedad antiviral del cobre contra el virus de la influenza A (Noyce et al. 2007). Inocularon 2·10⁶ partículas virales en una superficie de cobre a 22°C y 50–60% de humedad relativa. Demostraron que solo 500 partículas virales estaban activas después de una incubación de 6 horas en la superficie de cobre, mientras que hasta 500.000 partículas virales seguían siendo infecciosas después de 24 horas de incubación en acero inoxidable.

Además, Fujimori et al. (2012) demostraron que las Cu-NPs (yoduro de cobre CuI de tamaño nanométrico de 160 nm) ejercen actividad antiviral sobre el virus de la influenza A mediante la degradación de proteínas virales (Fujimori et al. 2012). También demostraron que la actividad antiviral estaba estrechamente relacionada con la generación de radicales hidroxilo derivados de Cu(I).

Otros estudios han investigado la utilidad de estas propiedades antivirales para la salud pública. Borkow et al. (2010) han demostrado que la impregnación de óxido de cobre en mascarillas respiratorias protectoras confiere propiedades biocidas contra el virus de la influenza A humana y aviar sin alterar sus propiedades de barrera física (Borkow et al. 2010). Probadas en condiciones de respiración simuladas (28,3 l min⁻¹), no se recuperó ninguna partícula viral infecciosa de las mascarillas que contenían óxido de cobre después de 30 minutos, a diferencia de las mascarillas de control. De la misma manera, Borkow et al. (2008) demostraron la eficacia del cobre durante el paso del VIH-1 a través de filtros que contenían polvo de óxido de cobre o fibras impregnadas con óxido de cobre (Borkow et al. 2008). El VIH-1 se inactiva cuando se expone al óxido de cobre de manera dosis-dependiente, sin citotoxicidad ni especificidad de cepa. También se supone que el mecanismo de inactivación del VIH-1 ataca el genoma viral, y más particularmente la proteasa viral del VIH, que es esencial para la replicación del virus. Karlström y Levine (1991) demostraron que una concentración estequiométrica aproximada de iones Cu(II) podía inhibir esta proteasa viral de manera rápida e irreversible (Karlström y Levine 1991).

Más recientemente, Hang et al. (2015) demostraron la actividad antiviral de las Cu-NP contra el virus de la hepatitis C (VHC) y que las Cu-NP inhiben la infección por VHC al dirigirse a la unión de las partículas infecciosas del VHC a las células hepáticas y la entrada del virus en las células (Hang et al. 2015).

Daño de membrana

Muchos estudios sugieren que la "muerte por contacto" es iniciada por los iones de cobre disueltos liberados de las superficies de cobre por el medio de cultivo y que causan alteraciones celulares (Grass et al. 2011). Espírito Santo et al. (2012) estudiaron la "muerte por contacto" en Staphylococcus haemolyticus utilizando cupones de cobre (C11000 99,9% Cu) y acero inoxidable (Espírito Santo et al. 2012). Demostraron una gran acumulación intracelular de cobre que inducía la muerte celular por daño de la membrana. Además, las células expuestas al cobre no presentaron más mutaciones en el ADN que las expuestas al acero. Estos datos sugieren que el cobre no es genotóxico y no mata por daño del ADN, sino por daño de la membrana celular. Muchos otros estudios sobre Escherichia coli también han demostrado que la exposición al cobre conduce rápidamente a alteraciones de la membrana antes de la degradación del ADN (Espírito Santo et al. 2011; Warnes et al. 2012). Hong et al. 2012 estudiaron más específicamente el mecanismo de degradación de la membrana en E. coli expuesta a diferentes superficies de aleación de cobre (70-99,9% Cu) o en medio que contenía CuSO₄. Demostraron que la "muerte por contacto" de E. coli es desencadenada por el daño oxidativo no enzimático de los fosfolípidos de la membrana, lo que resulta en la pérdida de la integridad de la membrana y la muerte celular.

Todos estos estudios concluyeron que el efecto antibacteriano del cobre estaba relacionado con su capacidad para liberar iones de cobre y su efecto dañino sobre la membrana celular. Además, numerosos estudios recientes sobre nuevos materiales basados en cobre confirman esta teoría (Zhang et al. 2013; Liu et al. 2014; Mathews et al. 2015; Emam et al. 2017).

Estrés oxidativo y degradación del ADN

Muchos estudios atribuyen la actividad antibacteriana del cobre a su capacidad para liberar iones que causan estrés oxidativo mediante la producción de ERO en condiciones aerobias (Espírito Santo et al. 2008, 2011). Después de la degradación de la membrana, los iones liberados de cobre pueden penetrar en la célula. El aumento de la cantidad intrínseca de cobre causa rápidamente un importante estrés oxidativo demostrado por el ciclo redox entre las diferentes formas de cobre: Cu nativo, Cu(I) y Cu(II) (Espírito Santo et al. 2011). En condiciones aerobias, el potencial redox permite que el cobre produzca radicales hidroxilo de acuerdo con las reacciones de Haber-Weiss y Fenton (Liochev y Fridovich 2002). La liberación de ERO provoca daños en lípidos, proteínas y ácidos nucleicos, y finalmente la destrucción de todo el material genético (Dalecki et al. 2017).

Otros estudios tienden a demostrar que la membrana es el primer objetivo en sufrir daños, permitiendo la penetración de iones de cobre en la célula, seguida de estrés oxidativo y degradación del ADN (Espírito Santo et al. 2012; Tian et al. 2012; Cui et al. 2014; San et al. 2015). Todos estos datos son consistentes con la revisión de Grass et al. (2011) y Prado et al. (2012) que explican la misma secuencia de eventos para el mecanismo de "muerte por contacto" (Grass et al. 2011; Prado et al. 2012).

A pesar de estos mecanismos, el mecanismo molecular exacto de la "muerte por contacto" sigue siendo controvertido. Weaver et al. (2010) investigaron el mecanismo de "muerte por contacto" de la superficie de cobre sobre S. aureus resistente a meticilina (MRSA) (Weaver et al. 2010). Inocularon MRSA en cupones de cobre (C11000 99,9% Cu) y demostraron una rápida eliminación de MRSA al comprometer la respiración celular e inducir daño en el ADN. Sin embargo, se encontró poco efecto sobre la integridad de la membrana celular. Los mismos resultados fueron obtenidos por otros autores con E. faecalis resistente a vancomicina (VRE) y Enterococcus faecium, bajo condiciones experimentales similares (Warnes et al. 2010; Warnes y Keevil 2011). Establecieron que los enterococos expuestos a una superficie de cobre durante al menos 2 horas no mostraron células viables detectables utilizando cultivo celular y recuentos en placa. Demostraron una inhibición de la respiración celular y la muerte celular y, por lo tanto, sugirieron que las membranas no podrían dañarse después de la muerte celular. Por lo tanto, concluyeron que el daño de la membrana no podía asumirse como un punto de partida universal y único de la "muerte por contacto". Propusieron un modelo alternativo en el que la eficacia antimicrobiana del cobre está ligada a la liberación de especies iónicas de cobre que desencadenan la producción de ERO y conducen a la detención de la respiración celular y la degradación del ADN en las primeras etapas de la muerte celular. Recientemente, los mismos autores confirmaron esta hipótesis en cepas de MRSA y S. aureus sensibles a meticilina y confirmaron el papel de las ERO en la "muerte por contacto" pero no a través de la química de Fenton (Warnes y Keevil 2016). Además, Mathews et al. (2015) sospecharon que la acción de las ERO probablemente no era la causa principal de la muerte celular, sino un efecto acompañante (Mathews et al. 2015).

Curiosamente, se ha demostrado otro mecanismo primario de toxicidad del cobre en bacterias mediante la destrucción no Fenton de las enzimas de clústeres de hierro-azufre en E. coli. La toxicidad de los iones de cobre se debe al desplazamiento de los átomos de hierro de los clústeres de hierro-azufre y a la unión del cobre a los correspondientes átomos de azufre (Macomber y Imlay 2009). La rápida inactivación de las enzimas de clústeres de hierro-azufre por el cobre provoca el daño de las vías catabólicas y biosintéticas centrales. Por lo tanto, los iones de cobre pueden competir con otros iones metálicos por importantes sitios de unión a proteínas.

Resistencia al cobre en bacterias gramnegativas

Las bacterias gramnegativas activan la exportación de cobre-ATPasa y la transcripción de genes chaperonas a través de un tipo de "activador" (CueR-like y CusRS-like) cuando aumentan las concentraciones citoplasmáticas y periplasmáticas de cobre. Los de tipo CueR son reguladores de un componente que responden a la concentración citoplasmática de cobre, mientras que los de tipo CusRS son reguladores de dos componentes que responden a la concentración periplasmática de cobre. Además, muchas especies gramnegativas sintetizan oxidasas multicobre (MCO), del mismo tipo de "activador", para permitir la transformación de Cu(I) en la forma menos tóxica de Cu(II). Asimismo, las especies gramnegativas sintetizan sistemas de eflujo de cobre multicomponente de tipo RND (resistencia, nodulación y división celular) que exportan cobre al espacio periplasmático cuando se detecta una alta concentración de cobre (Rademacher y Masepohl 2012). Cuando la concentración de cobre aumenta, el sistema de dos componentes de tipo CusRS detecta las altas cantidades de cobre periplasmático, desencadena la activación transcripcional del gen cusRS, lo que posteriormente conduce a la exportación de cobre al compartimento extracelular. En paralelo, el sistema de un componente de tipo CueR reconoce altas concentraciones citoplasmáticas de cobre y desencadena la activación transcripcional de genes de resistencia al cobre, con o sin organización de operones, por ejemplo, MCO, chaperona y exportación de cobre-ATPasa (Figura 2).

Osman et al. (2013) demostraron cómo estos mecanismos tienen lugar en Salmonella enterica sv. Typhimurium (Osman et al. 2013). Cuando la concentración citoplasmática de cobre aumenta, el cobre es transportado del citoplasma al periplasma por CopA y GolT —dos ATPasas de exportación de cobre— y transferido a SodCII —una superóxido dismutasa— y CueO, una MCO, con una chaperona periplasmática de cobre CueP. Se ha demostrado que la expresión de CueP está controlada por un tipo de "activador" similar a CueR que puede detectar un aumento en la concentración citoplasmática de cobre utilizando el sistema de dos componentes CpxR/CpxA cuando se detecta estrés a nivel de la membrana bacteriana (Pezza et al. 2016).

Recientemente, se encontró una proteína CopM de unión a Cu tanto en el periplasma como en el espacio extracelular de la cianobacteria Synechocystis. CopM podría unirse al cobre en el compartimento extracelular, evitando la acumulación de cobre en el periplasma, pero su función fuera de la célula no se conoce claramente (Giner-Lamia et al. 2015, 2016).

Estas observaciones plantean muchas preguntas sobre el mecanismo exacto de la homeostasis del cobre y subrayan la necesidad de llevar a cabo más investigaciones (Rademacher y Masepohl 2012).

Resistencia al cobre en bacterias grampositivas

A diferencia de las bacterias gramnegativas, las bacterias grampositivas reprimen la exportación de cobre-ATPasa y la transcripción de genes chaperonas mediante un tipo de "represor" (CopY-like y CsoR-like) en condiciones de deficiencia de cobre (Rademacher y Masepohl 2012). Cuando la cantidad de cobre aumenta, los represores de tipo CopY y CsoR se liberan del ADN para permitir la expresión de los genes posteriores, lo que permite la transcripción de la cobre-ATPasa y la chaperona para la exportación y el secuestro de iones de cobre libres, respectivamente (Figura 3).

Cobine et al. (1999) demostraron, en E. hirae, que las chaperonas de cobre CopZ entregan Cu(I) al complejo Zn(II)CopY, lo que provoca el desplazamiento de Zn(II) (Cobine et al. 1999). Esta interacción directa conduce a la liberación del represor CopY del promotor y permite la transcripción del operón copYZAB cuando el cobre está en exceso. Sin embargo, se sospecha fuertemente la transferencia directa de cobre entre CopZ y CopA a través de interacciones específicas, pero se necesitan más estudios para confirmar esta hipótesis (Multhaup et al. 2001). Se hizo una hipótesis similar para CopB (Solioz y Stoyanov 2003).

Además de estos reguladores transcripcionales, un estudio en E. hirae ha demostrado que concentraciones más altas de cobre (>0,5 mmol l⁻¹) regulan a la baja CopZ induciendo su proteólisis por una proteasa dependiente del cobre (Lu y Solioz 2001; Solioz 2002). Este estudio informa sobre un mecanismo postraduccional responsable del control de la cantidad intracelular de CopZ. Los autores concluyeron que esta proteólisis de CopZ estimulada por el cobre podría desempeñar un papel importante en la homeostasis del cobre de E. hirae. Se necesitan más estudios para confirmar si la proteólisis postraduccional de los reguladores del cobre ocurre en otras especies bacterianas y si es un mecanismo regulador de las proteínas tipo CopZ y posiblemente también de las ATPasas de cobre.

Otros aspectos de la resistencia bacteriana al cobre

Generalmente se reconoce que las especies grampositivas expresan "tipos represores" mientras que las bacterias gramnegativas expresan "tipos activadores". Sin embargo, estos mecanismos no se utilizan sistemáticamente. Por ejemplo, el bacilo grampositivo, Corynebacterium glutamicum, expresa el sistema de dos componentes CopRS, una ATPasa de cobre CopB y la MCO extracelular CopO tras la exposición a un aumento en la concentración de cobre. Además, C. glutamicum también tiene un gen de la ATPasa de cobre ctpV y un gen represor csoR, ambos reprimidos por CsoR durante la deficiencia de cobre (Schelder et al. 2011). Así, C. glutamicum posee ambos mecanismos de resistencia al cobre, a través de activación y represión. De manera similar, Thermus thermophilus, una bacteria gramnegativa, posee un operón copZ‐csoR‐copA que es reprimido por CsoR durante la deficiencia de cobre (Sakamoto et al. 2010).

Se han reportado varios otros sistemas de control de la homeostasis del cobre. Mycobacterium tuberculosis tiene un gen ctpV, reprimido por CsoR, responsable de la expresión del exportador de membrana ATPasa de cobre (CtpV) (Liu et al. 2007; Ward et al. 2010; Marcus et al. 2016). Sin embargo, Wolschendorf et al. (2011) mostraron otro sistema de defensa de M. tuberculosis contra el cobre: la pérdida del gen mctB, que codifica la proteína de transporte de cobre B (MctB), causa una considerable acumulación intracelular de cobre (Wolschendorf et al. 2011). De manera similar, se ha demostrado otra vía de defensa en M. tuberculosis que involucra el regulón represor de cobre RicR que codifica (i) MymT, una metalotioneína protectora del cobre que causa el secuestro de cobre (Mierek‐Adamska et al. 2017), (ii) LpqS, una lipoproteína putativa capaz de exportar cobre y (iii) Rv2963, una permeasa putativa que ayuda a la exportación de cobre (Festa y Thiele 2011; Shi et al. 2014). Finalmente, otro estudio ha demostrado que MmcO, una MCO micobacteriana, era un mecanismo importante de resistencia al cobre en la misma bacteria (Rowland y Niederweis 2013).

Se ha demostrado otra forma de secuestro de cobre en E. coli. Los sideróforos de fenolato, como la yersiniabactina, secuestran Cu(II) fuera de la célula y previenen su reducción a la forma más tóxica de Cu(I) (Chaturvedi et al. 2012). Además, los complejos cobre-yersiniabactina pueden catalizar la superóxido dismutasa, y así reducir la concentración de superóxido (Chaturvedi et al. 2014). Como resultado, la concentración de Cu(I) se reduce mientras que la cantidad de Cu(II) aumenta. Por lo tanto, el secuestro de cobre por yersiniabactina puede promover la supervivencia bacteriana (Chaturvedi y Henderson 2014).

También se ha estudiado la resistencia en E. hirae y, más generalmente, en el género Enterococcus. Los estudios mostraron que el operón tcrYAZB confirió resistencia al cobre en E. faecium, E. faecalis y otras especies de Enterococcus (Hasman 2005; Hasman et al. 2006). Este operón está genéticamente organizado como el operón copYZAB encontrado en E. hirae y presenta el mismo modo de control represor. Sin embargo, pocos estudios han reportado el potencial de transferibilidad intra e interespecie de estos genes, localizados en un plásmido, y su papel en la adquisición de resistencia al cobre (Hasman y Aarestrup 2002; Amachawadi et al. 2013, 2015).

Resistencia al cobre en levaduras

En las levaduras, los tres mecanismos reguladores más comunes de la homeostasis del cobre son: (i) reducir la bomba de entrada de cobre; (ii) exportar el cobre al ambiente extracelular con ATPasas de exportación de cobre y (iii) la expresión de metalotioneínas para quelar los iones de cobre libres (Ooi et al. 1996; Georgatsou et al. 1997; Labbé et al. 1997; Liu y Thiele 1997; Yamaguchi‐Iwai et al. 1997; Riggle y Kumamoto 2000; Weissman et al. 2000). Sin embargo, el mecanismo de "eliminación por contacto" en las levaduras no se comprende completamente.

En C. albicans y en condiciones limitantes de cobre, se expresan los genes CTR1 y FRE7, que codifican, respectivamente, la proteína de importación de cobre Ctr1p y dos proteínas con actividad de cuprorreductasa Fre7p y Fre10p (Marvin et al. 2004; Jeeves et al. 2011; Mackie et al. 2016). Por el contrario, en condiciones de abundancia de cobre, su expresión se reprime (Woodacre et al. 2008). Se identificaron otros genes vinculados a la homeostasis del cobre en C. albicans. CRP1 codifica bombas de exportación de cobre ATPasa y CUP1 y CRD2 codifican metalotioneínas de cobre. Una eliminación de uno de estos genes disminuye la resistencia al cobre de C. albicans (Riggle y Kumamoto 2000; Weissman et al. 2000; Mackie et al. 2016). La literatura informa mecanismos similares para S. cerevisiae (Thiele 1988; Buchman et al. 1989; Szczypka y Thiele 1989) y Aspergillus nidulans (Antsotegi‐Uskola et al. 2017).

Otros estudios sobre la homeostasis del cobre en hongos han demostrado los mismos mecanismos y proteínas implicadas. Ding et al. (2013) demostraron que Cryptococcus neoformans neutraliza el cobre para promover la infección codificando el importador de cobre (Ctr1), la metalotioneína desintoxicante de cobre (Cmt) y un transportador implicado en el secuestro de cobre (Ding et al. 2013); de manera similar, Zhang et al. (2016) demostraron que el transportador Ctr4 está implicado en la homeostasis del cobre (Zhang et al. 2016).

Wiemann et al. (2017) informaron que las proteínas transportadoras de cobre Ctr1 y las bombas de exportación de cobre ATPasa desempeñan un papel importante en la resistencia al cobre de A. fumigatus (Wiemann et al. 2017) y Dietl et al. (2016) mostraron recientemente que la histidina está implicada en la desintoxicación de cobre en A. fumigatus. Demostraron que la eliminación del gen que codifica la imidazolglicerol-fosfato deshidratasa (HisB) reduce la resistencia de A. fumigatus al cobre (Dietl et al. 2016).