Algunas bacterias llevan jeringas diminutas llenas de productos químicos que pueden diluir a los competidores o incapacitar a los depredadores. Ahora, los investigadores han observado de cerca estas jeringas, conocidas técnicamente como sistemas de inyección contráctiles, de una especie de cianobacteria y una bacteria marina.

Descubrir cómo funcionan las partes clave de las jeringas moleculares podría ayudar a los científicos a diseñar sus propias nanomáquinas. Las máquinas de inyección artificial podrían apuntar antibióticos contra bacterias problemáticas y dejar intactos los microbios amigables.

Los genes que codifican partes de la maquinaria de inyección se encuentran en muchos tipos de bacterias. Pero «es bastante difícil predecir cómo funcionan estos sistemas de inyección contráctiles basándose únicamente en los genes», dice Gregor Weiss, biólogo de estructura celular en ETH Zurich.

Así que Weiss y sus colegas estudiaron jeringas bacterianas utilizando microscopía crioelectrónica, en la que las células se congelan instantáneamente para capturar estructuras celulares tal como aparecen normalmente en la naturaleza (Número de serie: 22/06/17).

Anteriormente, los investigadores encontraron jeringas ancladas en las membranas externas de algunas bacterias, donde las bacterias pueden disparar su carga útil a las células que encuentran. Los inyectores de otras especies inyectan su contenido en el medio ambiente.

Pero en una especie llamada cianobacteria AnabaenaLas jeringas están en una ubicación inusual, incrustadas en la membrana de la estructura interna donde las bacterias realizan la fotosíntesis, informaron Weiss y sus colegas en marzo. microbiología natural. Enterrado en las celdas, «Es difícil imaginar cómo [the syringes] podría salir e interactuar con el organismo objetivo», dice Weiss.

Imagen de criomicroscopía electrónica de un sistema de inyección molecular en una celda
Los científicos se sorprendieron al encontrar sistemas de inyección como el que se muestra en esta imagen de microscopio crioelectrónico (flecha) de la cianobacteria Anabaena en las membranas dentro de la célula bacteriana en lugar de ocupar la membrana exterior.GL Weiss y otros/microbiología natural 2022

Anabaena puede usar sus jeringas contra sí mismo para desencadenar la muerte celular programada cuando las cianobacterias están bajo estrés. En los experimentos del equipo, la luz ultravioleta o los altos niveles de salinidad en el agua activaron algunas jeringas para vaciar su carga útil. Esto resultó en la muerte de algunos Anabaena Células en las largas cadenas en las que crecen las cianobacterias, formando «células fantasma» huecas.

Las células fantasma se despojan de su pared exterior y de su membrana, exponiendo jeringas sin disparar en la membrana interior hacia el exterior. Los fantasmas podrían comportarse como caballos de Troya, entregando su carga mortal a depredadores o competidores, según la hipótesis del equipo. Los investigadores aún no han descubierto qué organismos son los objetivos probables anabaena’s jeringas.

Dentro de un tipo de bacteria marina llamada Algoriphagus machipongonensis, la historia es un poco diferente. Aquí, las jeringas tienen una arquitectura diferente y flotan libremente en la célula bacteriana, informaron Charles Ericson y sus colegas de ETH Zurich en marzo. microbiología natural. Los inyectores también están en el líquido en el que se cultivan las bacterias en el laboratorio, pero la forma en que salen de la célula es un misterio. Tal vez se liberen cuando la bacteria muera o sea devorada por un depredador, dice Ericson.

El equipo también encontró dos proteínas cargadas dentro algoritmo Jeringas, pero no se sabe qué hacen estas proteínas. Los investigadores probaron la ingeniería genética E. coli para producir una de las proteínas, pero mata a las bacterias, dice el coautor del estudio Jingwei Xu, también en ETH Zurich.

arriba: Jeringa de la cianobacteria Anabaena.  abajo: jeringa de la bacteria marina Algoriphagus machipongonensis
Tanto la cianobacteria Anabaena y la bacteria marina algoritmoMachopongonensis tienen jeringas moleculares con una vaina estirada sobre un tubo interior lleno de químicos, como se ve en estas reconstrucciones. Las jeringas de la cianobacteria (una arriba) están unidas a una membrana dentro de la célula bacteriana. Una señal como B. El estrés hace que se abra un anillo en la parte inferior de la jeringa y que el tubo interior salga disparado. Las jeringas de la bacteria marina (abajo) flotan libremente en la celda. Las fibras cortas en su base (azul) pueden desencadenar la eyección de su tubo cuando se adhieren a un organismo objetivo.Arriba: GL Weiss y otros/microbiología natural 2022, abajo: J. Xu y otros/microbiología natural 2022

Al comparar las estructuras de jeringas de diferentes especies, los investigadores identificaron ciertas estructuras dentro de las máquinas que son similares pero ligeramente diferentes de una especie a otra. Al aprender cómo estas modificaciones alteran el funcionamiento de los inyectores, los investigadores pueden cargar diferentes cargas en los tubos o apuntar las jeringas contra bacterias específicas u otros organismos. «Ahora que tenemos el esquema general», dice Ericson, «¿podemos revisarlo?»

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