Cómo los microbios causantes de enfermedades cargan sus pequeñas jeringas para preparar un ataque.

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

Siguiendo proteínas individuales mientras se movían dentro de bacterias vivas, los microbios utilizan un sistema similar a un autobús para cargar sus jeringas: las proteínas de transporte viajan por caminos aleatorios dentro del interior de los microbios, agarrando carga destinada a la inyección a medida que avanzan y dejándola en las 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 interrumpirlas o aprovecharlas para aplicaciones médicas, como utilizar agujas bacterianas para inyectar células cancerosas con medicamentos dirigidos mientras se deja el tejido sano intacto.

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 Marburgo, Alemania.

Bajo el microscopio, las estructuras similares a jeringas, llamadas sistema de secreción tipo III, se asemejan a agujas huecas lo suficientemente anchas como para que una sola proteína desplegada se deslice, dice Diepold. Toda la superficie de un microbio puede estar cubierta de tales agujas, dándole al bacterio un aspecto de un pequeño y siniestro cojín de alfileres. Los científicos conocen bastante bien la estructura proteica de estas agujas nanoscópicas. Pero "no conocemos la pregunta básica de cómo reclutan lo que se inyecta", dice.

Estudios anteriores sugirieron que un anillo de proteínas en la base del sistema de secreción, donde se adhiere a la membrana celular bacteriana, podría actuar de alguna manera como una plataforma de clasificación que agarra 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, quien no estuvo involucrada 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 quedarse en las bases de las jeringas. En cambio, podrían vagar por la mezcla gelatinosa de fluidos, proteínas y otros restos biológicos contenidos dentro de la membrana celular de una bacteria, recogiendo y dejando proteínas objetivo a medida que avanzan, como autobuses de transporte.

El nuevo estudio puso a prueba la idea del autobús de transporte utilizando microscopía de fluorescencia para rastrear el movimiento de proteínas individuales de la plataforma de clasificación en Yersinia enterocolitica, un germen intestinal que se encuentra en cerdo poco cocido. Los mapas de los caminos de las proteínas muestran que vagan por trayectorias aleatorias en forma de zigzag a través de las células. Y los experimentos con Y. enterocolitica mutantes que carecen de proteínas inyectables revelaron que las proteínas del autobús de transporte se mueven más rápido en los mutantes. Sin ningún objetivo inyectable al que unirse, las proteínas del autobús de transporte no se ven frenadas por la carga y pueden difundirse más rápido a través de las células. Esto mostró que las proteínas de la plataforma de clasificación no solo vagan, sino que también recogen pasajeros en el camino.

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

Desentrañar más de los misterios pendientes que rodean estas agujas microscópicas facilitará que los científicos interrumpan estas máquinas o que experimenten con ellas. Este tipo de sistema de secreción, uno de los varios tipos diferentes de agujas que las bacterias tienen a su disposición, es común 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, dice 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. También no está claro cómo las proteínas que cargan las agujas reconocen sus objetivos. "Queremos entender el enigma de cómo funcionan estos sistemas", dice Diepold. "Queremos comprender qué soluciones encontró la evolución para permitir que las bacterias nos infectaran".