Los kamikazes unicelulares encabezan la infección bacteriana
Cómo unas pocas células soldado confieren virulencia a toda una población bacteriana sacrificándose
De repente te encuentras mal: ¡unas bacterias patógenas han conseguido colonizar tu cuerpo y propagarse! Las armas que utilizan para su invasión son toxinas nocivas que atacan los mecanismos de defensa del huésped y las funciones celulares vitales. Antes de que estas toxinas mortales puedan atacar a las células del huésped, las bacterias deben exportarlas desde su lugar de producción, el citoplasma, mediante sistemas de secreción específicos. El grupo de Stefan Raunser, Director del Instituto Max Planck de Fisiología Molecular, ha dilucidado ahora un mecanismo de secreción excepcional, hasta ahora enigmático, que permite la liberación de las gigantescas toxinas Tc. En una especie de ataque kamikaze, un pequeño grupo de las llamadas bacterias "soldado", repletas hasta los topes de toxinas, liberan su carga mortal explotando en el huésped. Dirigirse a estas subpoblaciones en terapias médicas podría ser una prometedora estrategia de tratamiento para enfermedades desencadenadas por bacterias cada vez más resistentes a los antibióticos.
El excepcional mecanismo de secreción de las toxinas Tc.
MPI MOPH
Una vez que una bacteria patógena ha entrado en su huésped, pone en marcha una serie de mecanismos de defensa y ataque para propagarse, invadir y colonizar tejidos y órganos más profundos. Esto incluye la secreción de una serie de proteínas tóxicas que subvierten las defensas celulares del huésped. En las bacterias gramnegativas, que pueden desencadenar infecciones graves y son cada vez más resistentes a los antibióticos, las proteínas tóxicas se enfrentan al reto de atravesar varias barreras celulares -pertenecientes tanto a la bacteria como al huésped- para llegar finalmente a su destino. Para ello, las bacterias han desarrollado una serie de sistemas de secreción especializados. Algunos pueden secretar una gran variedad de toxinas y se encuentran en casi todas las bacterias, mientras que otros sólo se han identificado en unas pocas. Ya se ha establecido la maquinaria para la secreción de muchas toxinas más pequeñas. No ocurre lo mismo con las más grandes, como las toxinas Tc producidas por la famosa bacteria Yersinia, que también incluye patógenos causantes de la peste y la tuberculosis. "Durante décadas ha seguido siendo enigmático cómo las enormes toxinas Tc llegan a su destino final. Al obtener las primeras estructuras tridimensionales de una toxina Tc en nuestros anteriores estudios de criomicroscopía electrónica ya pudimos averiguar cómo sortea la última barrera, la membrana del huésped, utilizando un mecanismo de inyección similar al de una jeringuilla. Ahora, hemos podido completar el cuadro y mostrar cómo estas toxinas superan las tres barreras que separan el interior de la bacteria de su entorno de una forma realmente espectacular", afirma Stefan Raunser.
Bacterias explosivas
En su reciente trabajo, Raunser y su equipo han aplicado una combinación puntera de varias técnicas para investigar la secreción de la toxina Tc YenTc producida por el patógeno de insectos Yersinia entomophaga, que es crucial para que esta especie bacteriana establezca una infección. El mayor reto fue identificar inicialmente cuál de las maquinarias de secreción conocidas utiliza la bacteria para este fin. Para ello, los científicos eliminaron uno tras otro todos los sistemas de secreción sospechosos mediante la edición selectiva del genoma. Cuando ninguno de los sistemas eliminados detuvo la liberación de la toxina, se utilizó la misma técnica para modificar la toxina de modo que pudiera visualizarse su secreción, y esta vez con éxito. "Observar cómo algunas de las bacterias explotaban literalmente para liberar sus toxinas fue un auténtico momento eureka", afirma Oleg Sitsel, primer autor del estudio. Un minucioso análisis proteómico sacó finalmente a la luz un sistema de secreción de tipo 10 sensible al pH responsable de la liberación de toxinas, una clase de maquinaria de exportación de proteínas que acababa de establecerse. El posterior análisis por tomografía crioelectrónica visualizó paso a paso los detalles de cómo este sistema de secreción exporta contenidos celulares a través de un modo de acción lítico desconocido hasta entonces que supera las tres barreras que rodean a las bacterias gramnegativas.
Convertirse en una célula soldado
Los científicos descubrieron que sólo un pequeño subconjunto especializado de células bacterianas produce y exporta las toxinas pagando el precio final, es decir, la muerte. Pero, ¿qué hace que esas células, que los autores denominaron "células soldado", primero se agranden y produzcan un cóctel de toxinas mortales que contiene YenTc, y luego se suiciden en beneficio de sus camaradas? Los científicos determinaron en primer lugar que la aparición de células soldado depende de la temperatura, los nutrientes y la densidad celular. A continuación descubrieron un interruptor genético sensible a la temperatura que sincroniza la producción de toxinas con la producción del sistema de secreción y convierte las células "normales" en soldados. La producción masiva de toxinas unida al aumento de tamaño de las células garantiza que sólo sea necesario sacrificar unos pocos individuos por el bien de la población bacteriana, una estrategia extremadamente eficaz.
"Sospechamos que las células normales se convierten en células soldado al ser ingeridas en respuesta a los nutrientes del insecto hospedador. La secreción de toxinas es sensible al pH, lo que retrasa su liberación hasta que las células soldado alcanzan el intestino medio posterior alcalino, su principal teatro de operaciones", afirma Raunser.
"Esta estrategia de secreción es única y notable. El comportamiento de estas bacterias presenta características como la diferenciación y el altruismo, que recuerdan a los sistemas eusociales. Si éste resulta ser un mecanismo más común, podríamos haber puesto al descubierto un punto débil de las bacterias: atacar específicamente a las células soldado podría convertirse en una prometedora estrategia médica en la lucha contra las bacterias patógenas, especialmente en tiempos de creciente resistencia a los antibióticos", concluye Raunser.
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
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