Las formas de vida sin cerebro son capaces de sorprender. Puede parecer un combustible de pesadilla de ciencia ficción, pero algunas bacterias pueden librar una guerra química kamikaze.
Las bacterias patógenas nos enferman al secretar toxinas. Aunque se comprende bien la liberación de moléculas de toxina más pequeñas, hasta ahora se nos han escapado los métodos para liberar moléculas de toxina más grandes. El investigador Stefan Raunser, director del Instituto Max Planck de Fisiología Molecular, y su equipo descubrieron finalmente cómo el insecto patógeno Yersinia entomófaga (que ataca a los escarabajos) libera su toxina de molécula grande.
Descubrieron que las “células de soldados” designadas se sacrifican y explotan para esparcir el veneno dentro de sus víctimas. «YenTc parece ser el primer ejemplo de una toxina antieucariota que utiliza este tipo de sistema de secreción recientemente establecido», dijeron los investigadores en un comunicado. para estudiar publicado recientemente en Nature.
Silencioso y mortal
Y. entomófago es parte de Yersínia género, parientes de las bacterias de la peste, que producen las conocidas como toxinas Tc. Sus moléculas son enormes en lo que respecta a las toxinas bacterianas, pero como la mayoría de las moléculas de toxinas más pequeñas, todavía necesitan cruzar las tres membranas celulares de las bacterias antes de escapar y dañar al huésped. Raunser ya había encontrado en un estudio previo que las moléculas de toxina Tc aparecen fuera de las bacterias. Lo que quería ver a continuación era cómo y cuándo abandonan las bacterias que los producen.
Para saber para qué tipo de ambiente es ideal Y. entomófaga Para liberar YenTC, las bacterias se colocaron en medios ácidos (PH inferior a 7) y alcalinos (PH superior a 7). Aunque no liberaron mucho en el medio ácido, las bacterias prosperaron en el alto PH del medio alcalino, y el aumento del PH condujo a la liberación de aún más toxina. El entorno de PH más alto en un escarabajo se encuentra cerca de la mitad del intestino, por lo que ahora se cree que la mayor parte de la toxina se libera cuando la bacteria llega a esta área.
Ha sido más difícil determinar cómo se libera el YenTc. Cuando el equipo de investigación utilizó espectrometría de masas para observar más de cerca la toxina, descubrieron que faltaba algo: no había una secuencia de señal que indicara a las bacterias que la proteína debía ser transportada fuera de las bacterias. Secuencias de señales, también conocidos como péptidos señal, son como marcadores integrados de secreción. Son responsables de conectar las proteínas (las toxinas son proteínas) a un complejo en la membrana celular más interna que las expulsa. Pero aparentemente YenTC no necesita una secuencia señal para exportar sus toxinas al huésped.
A punto de explotar
Entonces, ¿cómo libera este insecticida YenTc, su toxina más formidable? La primera prueba fue un proceso de eliminación. Aunque YenTc no tiene una secuencia señal, la bacteria tiene diferentes sistemas de secreción para otras toxinas que libera. Raunser pensó que eliminar estos sistemas de secreción mediante la edición de genes podría revelar cuál era responsable de la secreción de YenTc. Todo el sistema de secreción en Y. entomófago fue eliminado hasta que no quedó más, pero las bacterias aún podían secretar YenTc.
Luego, los investigadores utilizaron microscopía de fluorescencia para observar las bacterias que liberaban su toxina. Insertaron un gen que codifica una proteína fluorescente en el gen de la toxina para que las bacterias brillaran cuando produjeran la toxina. Aunque no todos Y. entomófago Aunque las células producían YenTc, las que lo hacían (y brillaban) tendían a ser más grandes y más lentas. Para inducir la secreción, se elevó el PH a niveles alcalinos. Las células no productoras siguieron con su trabajo, pero las células que expresan YenTc tardaron sólo unos minutos en colapsar y liberar la toxina.
Esto se llama sistema de secreción lítico, que implica la alteración de las paredes o membranas celulares para liberar toxinas.
«Este excelente ejemplo de cooperación autodestructiva en bacterias demuestra que la liberación de YenTc es el resultado de una lisis controlada estrictamente dedicada a la liberación de toxinas, en lugar de un proceso de secreción típico, lo que explica nuestra observación inicialmente desconcertante de proteínas extracelulares atípicas», dijeron los investigadores. en el estudio. mismo para estudiar.
Yersínia también incluye bacterias patógenas que causan la tuberculosis y la peste bubónica, enfermedades que han devastado a los humanos. Ahora que el mecanismo de secreción de un Yersínia Se han descubierto especies, Raunser quiere estudiar más de ellas, junto con otros tipos de patógenos, para ver si otros tienen células soldado kamikaze que utilizan el mismo mecanismo de liberación de toxina lítica.
El descubrimiento de Y. entomófagoLas células blásticas podrían eventualmente significar tratamientos humanos dirigidos a células kamikaze. Mientras tanto, al menos podemos sentirnos aliviados de no ser escarabajos.
Microbiología de la Naturaleza, 2024. DOI: 10.1038/s41564-023-01571-z
