La unidad de seguridad de la patria del cuerpo es más exhaustiva que cualquier punto de control del aeropuerto. Por primera vez, los científicos han sido testigos de una proteína del sistema inmune del ratón que registra un fragmento de una bacteria invasora. La inspección es mucho más extensa de lo que los investigadores imaginaban: la proteína del sistema inmune, similar a los humanos, escanea la proteína bacteriana de seis maneras diferentes, asegurando una identificación correcta.
"Esto fue muy sorprendente", dice Eva Nogales, investigadora estructural del Instituto Médico Howard Hughes HHMI, bióloga estructural de la Universidad de California, Berkeley. "La proteína del sistema inmunitario utiliza muchas partes de proteínas, incluidas algunas de función previamente desconocida".
Este descubrimiento, reportado el 16 de noviembre en ciencia , revela detalles de un proceso fundamental que el sistema inmune utiliza para reconocer los patógenos que han ingresado a las células. El trabajo también ayuda a explicar por qué es difícil para ciertas bacterias, como los patógenos humanos Salmonella , Pseudomonas y Legionella - para evadir la detección del sistema inmune.
Un esfuerzo internacional multidisciplinario permitió a los científicos presenciar este sistema de detección de patógenos de primera mano. El investigador del HHMI Russell Vance había estado estudiando la superfamilia NLR de proteínas del sistema inmunitario, que las plantas y los animales usan para detectar patógenos que se han deslizado dentro de las células. Queríavea una de esas proteínas, llamada NAIP5, ya que inspeccionó trozos de proteína desprendida por la bacteria que causa la enfermedad Legionella pneumophila . Estudios genéticos anteriores habían identificado a NAIP5 como un jugador importante en la resistencia del huésped a Legionella , y el equipo de Vance quería mirar más de cerca. Entonces, una estudiante en su laboratorio, Jeannette Tenthorey, se asoció con una estudiante en el laboratorio de Nogales, Nicole Haloupek, quien usó una técnica de imagen de vanguardia llamada crio-microscopía electrónica cryo-EM para visualizar las proteínas.
Con cryo-EM, los científicos mezclan una solución de proteínas, la congelan y luego la inyectan con un haz de electrones. Los electrones se dispersan cuando golpean las proteínas, y luego pasan a través de una lente a un detector.imágenes, los investigadores pueden construir estructuras de proteínas tridimensionales detalladas.
Otros científicos habían intentado previamente obtener imágenes de la proteína NAIP5 mientras examinaba fragmentos de bacterias. Pero las imágenes carecían de detalles importantes sobre qué partes de la proteína tocaban la bacteria. Para evitar este problema, Nogales y Vance aprovecharon la experiencia de los investigadores en modelado por computadoraen el Instituto de Química Física Rocasolano en Madrid.
"Ver que estas proteínas se autoensamblan fue realmente hermoso y fascinante", dice Nogales.
Los investigadores descubrieron que NAIP5 realiza una inspección en profundidad de los fragmentos de los flagelos de la bacteria, los apéndices en forma de cola que muchas bacterias causantes de enfermedades usan para la locomoción. "Esta es una respuesta inmune muy efectiva", dice Vance, un microbiólogoe inmunólogo, también en UC Berkeley. "Nos ayuda a entender por qué el patógeno no puede escapar simplemente mutando".
Explica. Las bacterias no pueden simplemente esconderse del sistema inmune haciendo pequeños cambios en las proteínas de los flagelos. Y los cambios más grandes que podrían permitir que las bacterias evadan la detección podrían interferir con la locomoción.
El equipo probó la idea creando cepas mutantes de Legionella y presentarles las proteínas del sistema inmunitario. Efectivamente, las mutaciones menores en una proteína de flagelos bacterianos no fueron suficientes para engañar a NAIP5. Pero las mutaciones más importantes interferían tanto con los flagelos que la bacteria tuvo problemas para moverse.
El análisis intenso del sistema inmune sugiere que es cuidadoso identificar una amenaza antes de sacar las armas grandes, dice Vance. Después de engullir el fragmento de proteína bacteriana, la proteína del sistema inmune recluta una segunda proteína, formando un complejo llamado un inflamasomaLa segunda proteína luego suena una alarma de que la célula ha sido invadida, desencadenando eventos que culminan en una forma dramática de muerte celular.
"La célula literalmente se abre", dice Vance. Este dramático final, llamado piroptosis, es bueno si una bacteria está tratando de establecerse en una célula, dice, pero la cadena de eventos puede provocar enfermedadessi sucede con demasiada frecuencia. Es por eso que es importante que el sistema inmunitario sea completo y que la respuesta sea altamente específica para los flagelos de la bacteria, dice.
Otras proteínas NLR pueden funcionar de manera similar, dice Vance. Este estudio y futuras investigaciones podrían ayudar a los científicos a entender por qué algunas partes del sistema inmunitario funcionan tan bien y qué sucede cuando la respuesta inmunitaria falla.
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Materiales proporcionados por Instituto Médico Howard Hughes . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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