Para las bacterias que nadan, determinar si se debe mantener el rumbo o avanzar en una nueva dirección es vital para la supervivencia. Un nuevo estudio ofrece detalles a nivel atómico de la maquinaria molecular que permite que las bacterias que nadan perciban su entorno y cambien de dirección cuando sea necesario.
El estudio, informado en la revista eLife , representa un paso importante en la comprensión del "cerebro bacteriano", dijo el profesor de física de la Universidad de Illinois Klaus Schulten, quien dirigió la nueva investigación.
"En su superficie, una bacteria tiene miles de receptores que escanean el medio ambiente y luego le dicen qué hacer", dijo. Esto es muy parecido al aporte sensorial que todos los animales deben procesar. Por supuesto, las bacterias son únicas.dijo que no tienen células y no tienen cerebro, pero aun así se las arreglan para organizarse y "recordar" señales sensoriales el tiempo suficiente como para responderles de una manera que ayude a su propia supervivencia.
Los receptores en la superficie de una célula bacteriana detectan la luz, los productos químicos, las cosas comestibles y las sustancias venenosas, y transmiten esa información a una capa más profunda de proteínas, llamadas quinasas, que interpretan estos datos y los traducen en una opción simple: "Mantenerir "o" ¡Cambiar de dirección! "
Si se toma la última decisión, una quinasa transmite una potente señal química, un fosfato, a una segunda quinasa, llamada CheY KEY why, que luego se desprende, encuentra el camino hacia los flagelos y activa un proceso quehace que los flagelos inviertan su giro.
"Eso hace que la bacteria caiga y vaya en una nueva dirección aleatoria, que puede ser mejor que la dirección anterior", dijo Schulten.
Los estudios anteriores han arrojado información clave sobre la estructura de la máquina molecular que orquesta esta hazaña, la matriz quimiosensorial. La microscopía electrónica de las superficies internas y externas de las células bacterianas proporciona algunas pistas y la cristalografía, un proceso que implica el apilamiento de proteínas purificadasen cristales para poder medir sus características tridimensionales, proporciona otros. Pero la resolución difusa de las instantáneas EM deja mucho espacio para la interpretación, y los cristales pueden resolver solo pequeñas porciones de las proteínas constituyentes de la matriz.
El coautor del estudio, el experimentalista Peijun Zhang de la Universidad de Pittsburgh, ayudó a este esfuerzo al desarrollar una técnica para purificar las proteínas clave en la matriz y combinarlas en las proporciones correctas para que se ensamblen en capas delgadas, permitiendoinstantáneas en 3-D EM más claras de sus conformaciones estructurales e interacciones entre sí. Esto mejoró enormemente la resolución de los datos.
Para resolver la imagen de la matriz quimiosensorial, Schulten y sus colegas utilizaron el ajuste flexible dinámico molecular, un enfoque de modelado por computadora desarrollado por el laboratorio de Schulten en Illinois. MDFF simula las interacciones químicas de cada átomo en un sistema y hace uso de lo que se sabe sobrela estructura de EM, cristalografía y otros datos experimentales. Tal modelado y simulación a gran escala requiere el peso de una supercomputadora, y para este esfuerzo el equipo usó Blue Waters en el Centro Nacional de Aplicaciones de Supercomputación en la U. de I.
El nuevo estudio reveló interacciones químicas clave entre las proteínas que componen la matriz quimiosensorial, y ofreció nuevos conocimientos sobre el comportamiento de estas proteínas. Por ejemplo, reveló por primera vez que una región de una quinasa llamada CheA KEY aye, cambia su orientación en relación con las otras proteínas, en un movimiento que los investigadores llaman "inmersión". Otros experimentos revelaron que esta parte de la quinasa es esencial para el proceso que permite que una bacteria responda a su entorno y cambie de dirección.
"Una gran pregunta en el campo es: ¿cómo pasa la señal de los receptores a las quinasas? ¿Qué está pasando realmente?", Dijo Schulten. "Tiene que ser una moción. No puede ser otra cosa. Pero quétipo de movimiento? "
Se necesita más trabajo para determinar las relaciones y el comportamiento de todos los componentes del sistema, pero el nuevo estudio representa una gran ganancia en la comprensión, dijo Schulten. Compara el proceso de descubrimiento con el de alguien que encuentra un reloj mecánico parala primera vez.
"Para saber cómo funciona este sistema mecánico, necesitamos conocer la estructura", dijo. "Una vez que abramos el reloj, veamos cómo encajan los engranajes, entonces podemos comenzar a pensar cómo funciona realmente el reloj. Los engranajesdel cerebro bacteriano ahora están en su lugar "
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Illinois en Urbana-Champaign . Original escrito por Diana Yates. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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