Un estudio informó el 17 de febrero en la revista ciencia liderado por investigadores de la Universidad de Indiana y la Universidad de Harvard es el primero en revelar con extremo detalle el funcionamiento del mecanismo bioquímico que impulsa la división celular en las bacterias.
El descubrimiento, hecho posible a través de un método revolucionario utilizado para colorear las paredes celulares bacterianas desarrolladas en IU, es un importante paso adelante en la investigación sobre el crecimiento bacteriano y podría informar los esfuerzos para desarrollar medicamentos que combatan las bacterias resistentes a los antibióticos.
Globalmente, las bacterias resistentes a los antibióticos, o "superbacterias", representan un riesgo importante para la salud humana. La Organización Mundial de la Salud estima que aproximadamente 480,000 personas desarrollan tuberculosis resistente a múltiples medicamentos cada año. En los EE. UU., Los Centros para el Control de Enfermedades estiman 1en 4 infecciones adquiridas en el hospital en pacientes a largo plazo son causadas por seis cepas principales de los insectos.
"Este es el primer estudio que 'conecta los puntos' entre cada parte de la célula involucrada en la división celular bacteriana", dijo Yves Brun, profesor de biología de Clyde Culbertson en el Departamento de Biología de la Facultad de Artes y Ciencias de la Universidad de Bloomington de IU, quien es autor del estudio. "Finalmente cerramos el círculo de este mecanismo y abrimos la puerta a métodos más precisos en la lucha contra las bacterias resistentes a los antibióticos".
"Si comprende cómo funciona un motor, puede apagarlo quitando una sola parte", dijo Brun. "Ya no necesita tirar un martillo para destruirlo".
Los antibióticos tempranos como la penicilina funcionan como un martillo: un instrumento contundente que destruye la célula bacteriana en medio de la división engañando a las enzimas formadoras de la pared celular llamadas proteínas de unión a la penicilina, o PBP, para que se unan al medicamento en lugar de los componentesde las paredes celulares, lo que hace que las paredes se rompan y las células exploten.
Otras partes de la célula que impulsan la división bacteriana incluyen proteínas del citoesqueleto, llamadas FtsA y FtsZ, que forman fibras similares a esqueletos dentro de las células para dirigir la construcción de la pared celular. Los tres elementos deben coordinarse para construir una pared celular en el medio dela celda para garantizar que el material en el interior no escape después de que se divide por la mitad.
Se sabe que estas tres partes de la célula juegan un papel en la división celular, pero el nuevo estudio es el primero en mostrar exactamente cómo se coordinan. Esencialmente, dijo Brun, FtsZ actúa como un "capataz" que dirige el movimientode "trabajadores" de PBP mientras construyen una pared celular.
Los investigadores pudieron detectar la acción con colorantes multicolores de alta tecnología llamados D-aminoácidos fluorescentes, o FDAA, descubiertos hace cinco años en el laboratorio de Michael VanNieuwenhze, profesor en el IU Bloomington College of Arts and Sciences'Departamento de Química, quien es coautor del estudio.
"La aplicación de diferentes colores de estos colorantes durante el proceso de construcción de la pared celular reveló un 'patrón de ojo de buey', que indica que la pared circular está construida desde el borde exterior de la celda hacia el centro", dijo VanNieuwenhze.
El estudio también resuelve otro misterio: ¿cómo construyen la pared las moléculas de FtsZ? Los investigadores descubrieron que FtsZ, que se encuentra en una cadena bioquímica llamada filamento, pierde constantemente una molécula en un extremo y gana una molécula en el otrofinal, lo que resulta en un movimiento circular alrededor del borde de la celda descrito como "cinta de correr"
Los investigadores de IU etiquetaron químicamente las células para su análisis. Los científicos de Harvard realizaron los experimentos que mostraron el movimiento de las proteínas FtsZ y PBP dentro de la célula.
El tema de una patente de EE. UU. Presentada por IU Research and Technology Corp., los colorantes de la FDAA han desempeñado un papel importante en docenas de otros documentos científicos sobre bacterias desde 2012. El laboratorio de VanNieuwenhze también tiene alrededor de 50 acuerdos de transferencia de material con investigadores de todo el mundopara proporcionar acceso a la herramienta.
La creación de los tintes en IU fue dirigida por Erkin Kuru, un ex estudiante de doctorado en los laboratorios de VanNieuwenhze y Brun, que actualmente es investigador en Harvard. Kuru y Yen-Pang Hsu, un doctorado en IU. estudiante también en los laboratorios de VanNieuwenhze y Brun, son coautores del estudio.
"Esta es la primera vez que hemos podido observar la división celular como un proceso dinámico, es decir, un proceso que ocurre con el tiempo", dijo Kuru. "Esto no era posible antes porque no teníamos las herramientas para vereso."
Hsu agregó que "la visualización de estas estructuras celulares no es una tarea fácil si se considera que el organismo que las contiene tiene menos de un micrómetro, o mil milímetros de ancho. No hubiéramos podidomida los patrones fluorescentes en estas células sin la tecnología del Centro de imágenes de microscopía óptica de IU "
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Materiales proporcionado por Universidad de Indiana . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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