Las formas de vida sin cerebro son capaces de hacer cosas asombrosas. 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. Si bien 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 finalmente descubrieron 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 desplegar el veneno dentro de su víctima. «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 estudio publicado recientemente en Nature.
Silencioso y mortal
Y. entomófaga es parte del yersina 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, aún necesitan atravesar las tres membranas celulares de las bacterias antes de escapar y dañar al huésped. Raunser ya había descubierto en un estudio anterior que las moléculas de toxina Tc aparecen fuera de las bacterias. Lo que quería ver a continuación era cómo y cuándo salen de la bacteria que los produce.
Para saber para qué tipo de entorno es ideal Y. entomófaga Para liberar YenTC, las bacterias se colocaron en medios ácidos (PH inferior a 7) y alcalinos (PH superior a 7). Si bien no liberaron mucho en el medio ácido, las bacterias prosperaron en el alto PH del medio alcalino, y el aumento del PH las llevó a liberar aún más toxina. El entorno con mayor pH en un escarabajo se encuentra alrededor del extremo medio de su intestino, por lo que ahora se cree que la mayor parte de la toxina se libera cuando las bacterias llegan a esa área.
Cómo se libera el YenTc fue más difícil de determinar. Cuando el equipo de investigación utilizó espectrometría de masas para observar más de cerca la toxina, descubrieron que le faltaba algo: no había una secuencia de señal que indicara a las bacterias que la proteína debía ser transportada fuera de la bacteria. Las secuencias señal, también conocidas como péptidos señal, son algo así como etiquetas incorporadas para la secreción. Están a cargo de conectar las proteínas (las toxinas son proteínas) a un complejo en la membrana celular más interna que las empuja. 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. Si bien YenTc no tiene una secuencia señal, las bacterias tienen 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 el responsable de la secreción de YenTc. Cada sistema de secreción en Y. entomófaga 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 al producir la toxina. Si bien no todos Y. entomófaga Las células que producían YenTc, las que lo hacían (y por tanto brillaban) tendían a ser más grandes y más lentas. Para inducir la secreción, el PH se elevó a niveles alcalinos. Las células no productoras siguieron con su trabajo, pero las células que expresan YenTc solo tardaron unos minutos en colapsar y liberar la toxina.
Esto es lo que se llama un sistema de secreción lítico, que implica la ruptura 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 artículo. mismo estudio.
yersina 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 uno yersina Se ha descubierto esta especie, 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 lítico de liberación de toxinas.
El descubrimiento de Y. entomófagaLa explosión de células podría 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