Si te tragas el microbio equivocado, podrías terminar en el hospital con una o dos agujas en el brazo y un montón de diminutas agujas bacterianas pinchándote desde el interior. Esto se debe a que muchas bacterias que nos enferman utilizan estructuras microscópicas similares a jeringas para inyectar en nuestras células proteínas que causan estragos desde el interior. Ahora, los investigadores han demostrado cómo estos microbios cargan sus agujas a nanoescala con proteínas.

El seguimiento de las proteínas individuales mientras se mueven dentro de las bacterias vivas reveló que los microbios utilizan un sistema similar a un autobús lanzadera para cargar sus jeringas: las proteínas lanzadera viajan por caminos aleatorios dentro del interior de los microbios, agarrando la carga destinada a la inyección a medida que avanzan y dejándola en el jeringas, informan los científicos el 3 de enero en Nature Microbiology . Saber cómo funcionan estas agujas bacterianas podría ayudar a los científicos a aprender cómo alterarlas o utilizarlas para aplicaciones médicas, como usar agujas bacterianas para inyectar células cancerosas con medicamentos dirigidos sin dañar el tejido sano.

Transportar proteínas a la jeringa es "un mecanismo molecular realmente novedoso que no se conocía antes", dice el microbiólogo Andreas Diepold del Instituto Max Planck de Microbiología Terrestre en Marburg, Alemania.

Bajo el microscopio, las estructuras en forma de jeringa, llamadas sistema de secreción tipo III, parecen agujas huecas lo suficientemente anchas como para que se deslice una sola proteína desplegada, dice Diepold. Toda la superficie de un microbio podría estar cubierta de este tipo de agujas, dando a la bacteria el aspecto de un pequeño alfiletero siniestro. Los científicos conocen bastante bien la estructura proteica de estas agujas a nanoescala. Pero "no sabemos la cuestión básica de cómo reclutan lo que se inyecta", dice.

Una imagen de microscopio electrónico de transmisión en blanco y negro de sistemas de secreción tipo III que flotan libremente y que parecen jeringas diminutas. Tomados de imágenes con un microscopio electrónico de transmisión, estos sistemas de secreción tipo III que flotan libremente parecen pequeñas jeringas, completas con una aguja y un agarre más ancho en la base donde normalmente se unirían a la membrana interna de una bacteria. Las agujas son lo suficientemente anchas como para que una única proteína desplegada se deslice hacia una célula huésped. O. SCHRAIDT ET AL / PLOS PATÓGENOS 2010

Estudios anteriores sugirieron que un anillo de proteínas en la base del sistema de secreción, donde se une a la membrana celular bacteriana, podría actuar como una plataforma de clasificación que agarra las proteínas objetivo y las carga en la jeringa. Pero ese trabajo no se realizó en células vivas, dice la genetista microbiana Kelly Hughes de la Universidad de Utah en Salt Lake City, que no participó en el nuevo estudio.

Otros estudios en células vivas, incluido el trabajo reciente de Diepold y sus colegas, insinuaron que los componentes de la plataforma de clasificación podrían no permanecer en las bases de las jeringas. En cambio, podrían deambular por la mezcla similar a un gel de fluidos, proteínas y otros fragmentos biológicos encerrados dentro de la membrana celular de una bacteria, recogiendo y soltando proteínas objetivo a medida que avanzan, como autobuses lanzadera.

El nuevo estudio puso a prueba la idea del autobús lanzadera mediante el uso de microscopía de fluorescencia para rastrear el movimiento de las proteínas de la plataforma de clasificación individual en Yersinia enterocolitica, un virus estomacal que se esconde en la carne de cerdo poco cocida. Los mapas de las rutas de las proteínas las muestran deambulando por caminos aleatorios y en zigzag a través de las células. Y los experimentos con Y. enterocolitica mutante que carecen de proteínas inyectables revelaron que las proteínas del autobús lanzadera se mueven más rápidamente en los mutantes; sin objetivos inyectables a los que unirse, las proteínas del autobús lanzadera no se ven sobrecargadas por la carga y pueden difundirse más rápido. a través de las células. Esto demostró que las proteínas de la plataforma de clasificación no simplemente deambulan; También recogen pasajeros en el camino.

"Lo que me encantó de este artículo fue que todo se desarrolló in vivo", en células vivas, dice Hughes. “Obtienes estas hermosas imágenes. Y ya sabes, una imagen vale más que mil palabras”.

Desentrañar más misterios pendientes que rodean estas agujas a microescala hará que a los científicos les resulte más fácil estropear estas máquinas o juguetear con ellas. Este tipo de sistema de secreción, uno de los pocos tipos diferentes de bacterias agujas que tienen a su disposición, está muy extendido en diferentes especies de bacterias, dice Diepold, por lo que son buenos objetivos para nuevos tipos de medicamentos antibacterianos (SN: 3/30 /22).

También son herramientas prometedoras para la medicina y la biotecnología, afirma Hughes. Pero por mucho que parezcan jeringas médicas, las jeringas bacterianas funcionan de manera diferente y los científicos aún no saben exactamente cómo las bacterias empujan las proteínas a través de sus agujas. Tampoco está claro cómo las proteínas que cargan las agujas reconocen sus objetivos. "Queremos comprender el enigma de cómo funcionan estos sistemas", afirma Diepold. "Queremos entender qué soluciones se le ocurrieron a la evolución para permitir que las bacterias nos infecten".

CITAS

S. Wimmi y col. "Los complejos de plataforma de clasificación citosólica transportan los efectores del sistema de secreción tipo III al inyectosoma en Yersinia enterocolitica". Microbiología de la naturaleza. Publicado en línea el 3 de enero de 2024. doi:10.1038/s41564-023-01545-1

Por Elise Cutts

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