Las bacterias han establecido varias estrategias para infectar organismos y usarlas como fuentes de nutrientes. Muchos microbios usan toxinas que descomponen las membranas simplemente perforando a través de la capa externa de las células. Bacterias patógenas humanas como la bacteria de la peste Yersinia pestis u otrasLas bacterias de la familia de la salmonela desarrollaron un mecanismo mucho más sutil: inyectan su veneno aplicando un complejo especial de toxinas.
Un equipo de investigadores dirigido por Stefan Raunser del Instituto Max Planck de Fisiología Molecular en Dortmund ahora ha podido revelar completamente el mecanismo sofisticado que usa la bacteria Photorhabdus luminescens como ejemplo
Las toxinas bacterianas se encuentran entre los venenos naturales más efectivos. Las toxinas más fuertes incluyen, por ejemplo, las toxinas tetánica y botulínica botox, que ya son tóxicas cuando solo se administra una milésima parte de un gramo. Las bacterias han desarrollado estrategias y mecanismos muy variados para introducir sus venenos.en organismos. La bacteria Photorhabdus luminescens , la bacteria de la peste Yersinia pestis, así como los gérmenes de la familia de la salmonela, usan las llamadas toxinas Tc que consisten en varios componentes TcA, TcB, TcC. Hasta hace poco, no estaba claro cómo funcionan juntas estas subunidades.
En la mayoría de los casos, las biomoléculas grandes como las toxinas bacterianas complejas no pueden analizarse estructuralmente usando la cristalografía de rayos X tradicional, porque no pueden convertirse al estado cristalino requerido. Sin embargo, la microscopía crioelectrónica no requiere las muestraspara ser cristalizado. Es posible obtener imágenes de complejos incluso grandes, congelándolos extremadamente rápido y examinándolos directamente bajo el microscopio a menos 196 grados. Usando cryo-EM, el equipo de Stefan Raunser pudo determinar la estructura tridimensional del Photorhabdus luminescens toxina por primera vez en detalles casi atómicos. Las estructuras mostraron que la subunidad más grande del complejo de veneno, TcA, se asemeja a una campana, que consiste en un canal rodeado por una concha. La parte superior de la campana une el venenocápsula formada por las subunidades TcB y TcC. Los receptores en la membrana celular reconocen la parte inferior de la campana y se une el complejo de veneno cargado.
Una vez que cambia el valor de pH del medio circundante, la capa externa de la toxina se abre, revelando así el canal. Una cadena de proteínas mantenida bajo alta presión luego se ajusta y empuja el canal a través de la membrana celular como la aguja de una jeringainyectando el veneno. Este último es una enzima que cataliza la aglomeración del citoesqueleto, lo que resulta en la muerte de la célula.
portero molecular
Los científicos todavía faltaban un último detalle para comprender completamente cómo se inyecta el veneno. Tenían que averiguar cómo se controla este dispositivo. El equipo de Dortmund logró esto en colaboración con el grupo de investigación de Manajit Hayer-Hartl del MaxPlanck Institute of Biochemistry en Martinsried. Las nuevas investigaciones se centraron en una pequeña estructura de horquilla también llamada "gatekeeper". Esto controla el veneno que sale en la dirección del canal de la subunidad TcA, una puerta que se asemeja a una hélice con seis palas.la cápsula se une al canal en el que se reestructura esta área fronteriza: el portero se desenrosca del centro de la hélice y revela la abertura central que ahora se conecta con precisión al canal de la subunidad TcA. Los científicos también pudieron demostrar que la presencia de laLa enzima en la cápsula de veneno es esencial para la formación de todo el complejo de toxinas, lo que apunta a un posible mecanismo de control que garantiza quela subunidad TcA se carga exclusivamente con cápsulas de veneno completamente cargadas.
Incluso hoy en día las infecciones bacterianas siguen siendo una de las causas más frecuentes de enfermedades con progresiones graves por ejemplo, sepsis. El uso intensivo de antibióticos ha llevado al desarrollo de resistencias fatales que han hecho que sea mucho más difícil ganar la batalla contra los humanos.bacterias patógenas. Descubrir los mecanismos de infección bacteriana ayudará a comprender mejor el modo de acción de las bacterias patogénicas humanas. La nueva comprensión del mecanismo extraordinario de la inyección de toxina Tc podría servir como punto de partida para desarrollar enfoques terapéuticos innovadores.
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Materiales proporcionado por Max-Planck-Gesellschaft . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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