Aguja bacteriana bajo el microscopio electrónico
Investigadores observan por primera vez el inyectable de una bacteria gramnegativa en acción
Por primera vez, los investigadores han revelado el sistema de secreción tipo III de las bacterias Gram negativas en acción. En el estudio de investigación, publicado en Nature Communications, el grupo de Thomas Marlovits, del Centro de Biología de Sistemas Estructurales (CSSB) del campus del DESY, aporta nuevos datos sobre cómo las bacterias patógenas como la Salmonella infectan las células humanas. Según los investigadores, la visualización a nivel molecular ayuda a comprender mejor las interacciones entre el huésped y el patógeno y contribuye al desarrollo de nuevas terapias para el tratamiento de infecciones bacterianas y otras enfermedades.
Estructura del sistema de secreción de tipo III de Salmonella, fotografiada con el criomicrocopio electrónico. La sección a través del complejo (derecha), muestra en magenta una proteína de toxina bacteriana durante el transporte a través de la estrecha cánula de la aguja. Para que el transporte tenga éxito, las proteínas de la toxina deben desplegarse completamente y adoptar una nueva forma. Las proteínas que forman el aparato de exportación y el canal de secreción del filamento de la aguja también están teñidas. Los investigadores pudieron observar por primera vez una proteína bacteriana dentro del complejo de la aguja utilizando el criomicroscopio de alta resolución de CSSB.
CSSB, Thomas C. Marlovits
Para infectar a su huésped humano, muchas bacterias Gram negativas, como la Salmonella o la bacteria de la peste, dependen de un sistema de secreción de tipo III también conocido como inyectisoma. Cada bacteria individual tiene varios inyectisomas en forma de jeringa que sobresalen de su superficie. Como su nombre indica, los inyectisomas son los responsables de inyectar las proteínas bacterianas en las células humanas. Una vez dentro de la célula, estas proteínas bacterianas invaden el tejido celular y contribuyen a la propagación de la infección.
El grupo de Marlovits lleva varios años investigando los mecanismos moleculares del complejo de agujas del inyectisoma. "El complejo de agujas es una estructura cilíndrica y representa la parte más prominente del inyectisoma", explica Marlovits. "Proporciona a las proteínas bacterianas un paso suave desde el citoplasma de la bacteria a través de varias membranas directamente a las células humanas del huésped".
De hecho, se ha informado de que hasta 60 proteínas bacterianas pueden viajar a través del complejo de agujas en un segundo. Aunque este rápido ritmo de secreción es ventajoso para la bacteria, dificulta la capacidad de los investigadores para visualizar y comprender este proceso esencial. "Para ayudar a superar este reto, atrapamos una sola proteína bacteriana dentro del complejo de agujas con un truco", explica Sean Miletic, uno de los autores principales del estudio. El colega de Miletic, Jiri Wald, pudo entonces capturar imágenes de alta resolución de los sutiles movimientos de la proteína dentro del complejo de agujas utilizando un criomicroscopio electrónico en CSSB.
Las imágenes de alta resolución no sólo proporcionaron nuevos conocimientos sobre la estructura del complejo de la aguja, sino que también confirmaron el papel esencial de su aparato de exportación (EA), que funciona como portal de entrada. "Los elementos estructurales del aparato exportador funcionan a la vez como una puerta y una guía para atraer y dirigir las proteínas bacterianas hacia la punta de la aguja", explica Dirk Fahrenkamp, del equipo de investigación, que construyó un modelo atómico del complejo de la aguja basándose en las imágenes.
En definitiva, comprender y visualizar los mecanismos moleculares empleados por las bacterias para invadir las células humanas a resolución atómica es esencial para el desarrollo de nuevas terapias capaces de combatir las infecciones de forma selectiva e inteligente. "Aunque estos resultados enriquecen nuestra comprensión del sistema de secreción de tipo tres, este estudio también es notable porque fue realmente un esfuerzo de grupo", explica Marlovits. "No sólo cada uno de los cuatro primeros autores del trabajo contribuyó con su propia experiencia vital, sino que los esfuerzos de colaboración de la instalación de crio-EM y el apoyo de la cocina de medios de CSSB fueron esenciales para el éxito de este estudio."
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