Muchas bacterias tienen sofisticados dispositivos de inyección molecular que se utilizan para hacer cosas asombrosas. Por ejemplo, una bacteria usa una nanomáquina de proteína para inocular ciertas moléculas en una larva de gusano, lo que desencadena la transformación de la larva en un gusano adulto. Otras bacterias matan cepas extrañas de bacterias o larvas de insectos con tales armas moleculares o se defienden de las células carroñeras.

Muchas bacterias tienen sofisticados dispositivos de inyección molecular que se utilizan para hacer cosas asombrosas. Por ejemplo, una bacteria usa una nanomáquina de proteína para inocular ciertas moléculas en una larva de gusano, lo que desencadena la transformación de la larva en un gusano adulto. Otras bacterias matan cepas extrañas de bacterias o larvas de insectos con tales armas moleculares o se defienden de las células carroñeras.

Investigadores del grupo de Martin Pilhofer, profesor del Instituto de Biología Molecular y Biofísica de la ETH de Zúrich, especializado en este tipo de máquinas de inyección molecular, acaban de describir dos novedosos sistemas de inyección en la revista microbiología natural: una de cianobacterias, también llamadas algas verdeazuladas, y otra de bacterias marinas Algoriphagus machipongonensis.

Los llamados sistemas de inyección contráctil (CIS) recientemente descubiertos funcionan de manera fundamentalmente diferente a los dispositivos descritos anteriormente y tienen algunos puntos de venta únicos. También proporcionan información sobre las diferencias evolutivas entre diferentes clases de sistemas de inyección.

Estos CIS funcionan como jeringas moleculares. A medida que el módulo de la cubierta exterior de la nanomáquina se contrae, se expulsa un tubo interior oculto lleno de proteínas. Estas proteínas se inyectan en el medio ambiente o directamente en una célula objetivo.

Un anclaje sorprendente en la celda

Un nuevo CIS que los investigadores encontraron en las cianobacterias no estaba anclado a la membrana celular ni flotaba libremente en la célula como se esperaba, sino que estaba adherido a la llamada membrana tilacoide, donde se lleva a cabo la fotosíntesis en estas bacterias.

«Esa fue la mayor sorpresa para nosotros», dice Gregor Weiss, primer autor del estudio sobre el sistema de inyección de cianobacterias. A pesar de esta ubicación inusual, el CIS, llamado tCIS, anclado en la membrana tilacoide cumple su propósito. Si las cianobacterias están estresadas, por ejemplo, debido a concentraciones excesivas de sal en el agua o la luz ultravioleta, las capas celulares externas se desprenden. Esto expone el tCIS que mira hacia afuera, listo para disparar al entrar en contacto con las células objetivo potenciales.

Los arpones moleculares también son inesperadamente abundantes, lo que, según Weiss, sugiere un papel importante en el ciclo de vida de las cianobacterias. Él sospecha que tCIS podría desempeñar un papel en la muerte celular programada de células individuales en estas cianobacterias multicelulares.

Sistema de inyección extracelular

Por otro lado, los investigadores de la ETH Jingwei Xu y Charles Ericson, quienes también trabajan en el grupo de Pilhofer, descubrieron y describen un CIS producido por la bacteria marina Algoriphagus machipongonensisque no está anclado en la célula en absoluto, sino que se libera en el medio ambiente para actuar sobre las células diana en el medio ambiente.

Entre otras cosas, los investigadores utilizaron microscopía crioelectrónica para determinar la estructura de este subtipo especial de CIS expulsado (eCIS) a muy alta resolución, algo que ningún otro grupo de trabajo había podido hacer anteriormente. «Las nanomáquinas recién descubiertas nos dan pistas de que los sistemas de inyección contráctiles están más extendidos de lo que se pensaba», dice Ericson.

De moléculas a bacterias enteras

Lo especial de estos estudios es su enfoque interdisciplinario y diverso: desde bacterias recolectadas en ecosistemas naturales hasta modelos a nivel atómico de sus respectivos CIS. «Este trabajo muestra muy bien cómo se pueden utilizar diferentes técnicas para tener una idea de cómo funcionan estos sistemas y estructuras», explica Weiss. Además, el estudio muestra que es necesario pasar de las cepas de laboratorio a las muestras ambientales para comprender el papel de los sistemas de inyección en el ciclo de vida.

Uso futuro en biomedicina

Los dos estudios ayudan a los investigadores a comprender cómo los organismos productores de CIS afectan su entorno. Además, diferentes sitios en estos sistemas arrojan luz sobre cómo se organiza cada CIS para un propósito específico: los receptores especializados en forma de cabello permiten la unión específica de las células objetivo, la carga variable de estos sparguns moleculares provoca diferentes efectos celulares y los diferentes mecanismos de anclaje permiten que el CIS tener en su totalidad otros modos de acción.

Con esto en mente, es concebible que los futuros investigadores exploten la modularidad en biomedicina, rediseñándola para usar un arpón molecular para apuntar a tipos de células específicos y disparar drogas o antimicrobianos.


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