Los investigadores han descubierto partículas de proteínas tóxicas, con forma de paraguas, que las bacterias del suelo conocidas como estreptomices secretan para aplastar a los competidores, especialmente a otros de su propia especie.
El descubrimiento de las partículas de toxina paraguas y la información relacionada sobre sus estructuras, composición y modo de acción se publicaron el 17 de abril en Naturaleza.
Las proteínas de la toxina paraguas son el último ejemplo de los variados y combativos ataques de estas bacterias contra sus rivales microscópicos. Las abarrotadas y diversas comunidades de bacterias en las que viven son un tumulto de ataques, contraataques y defensas antimicrobianos.
Irónicamente, muchos antibióticos utilizados clínicamente se derivan directamente de, o están inspirados en, moléculas que las bacterias usan entre sí en su hábitat natural.. Estreptomices El armamento químico contra sus competidores es una de las fuentes más ricas de este tipo de moléculas. Entre ellos se encuentra la estreptomicina, un fármaco común de amplio espectro.
Lo que diferencia a estas toxinas antibacterianas recientemente detectadas es que, a diferencia de las Estreptomices Los antibióticos de molécula pequeña, las toxinas paraguas, son grandes complejos compuestos de múltiples proteínas. También son mucho más específicos en cuanto a las bacterias a las que se dirigen.
Los autores del Naturaleza El artículo especula que estas propiedades de las toxinas paraguas explican por qué escaparon al descubrimiento durante más de 100 años de investigación sobre las toxinas producidas por Streptomyces.
Los genes que codifican las toxinas paraguas se descubrieron originalmente mediante una búsqueda bioinformática de nuevas toxinas bacterianas. En experimentos bioquímicos y genéticos dirigidos por Qinqin Zhao en el laboratorio de microbiología de Joseph Mougous en la Facultad de Medicina de la Universidad de Washington, los científicos descubrieron que estas toxinas se asocian con otras proteínas en un gran complejo.
Young Park realizó la microscopía crioelectrónica de estos complejos proteicos en el laboratorio de David Veesler, profesor de bioquímica en la Facultad de Medicina de la Universidad de Washington e investigador del Instituto Médico Howard Hughes.
Estos estudios revelaron que los complejos de toxinas que aisló Qinqin adoptan una apariencia llamativa acorde con su descubrimiento en Seattle. Parecen paraguas.
«La forma de estas partículas es bastante peculiar, y será interesante en trabajos futuros aprender cómo su morfología inusual les ayuda a eliminar las bacterias objetivo», señaló Mougous, profesor de microbiología en la Facultad de Medicina de la Universidad de Washington y en el Instituto Médico Howard Hughes. investigador.
Luego, los científicos buscaron determinar los objetivos de estas toxinas examinando sus efectos en todos los organismos a los que pudieran atacar, desde hongos hasta 140 bacterias diferentes, incluidas algunas extraídas de plantas de sorgo en el laboratorio del autor del estudio Devin Coleman en la Universidad de California. Berkeley y el Servicio de Investigación Agrícola del Departamento de Agricultura de EE. UU. .
Entre estos adversarios potenciales, las toxinas apuntaban específicamente a sus propios hermanos: otros estreptomices especies.
«Creemos que esta exquisita especificidad puede deberse a las proteínas que forman los radios del paraguas, que varían según las partículas. Estas incluyen proteínas que podrían adherirse a azúcares específicos que se encuentran en la superficie de bacterias competidoras», comentó el autor del estudio, S. Brook Peterson, científico senior del laboratorio de Mougous.
Al analizar los miles de genomas bacterianos disponibles públicamente, los autores del estudio, Dapeng Zhang, de la Universidad de St. Louis, y su estudiante de posgrado, Youngjun Tan, descubrieron que muchas otras especies de bacterias también tienen genes para fabricar toxinas de partículas paraguas. Curiosamente, todas estas especies forman filamentos ramificados, un modo inusual de crecimiento entre las bacterias.
Además de las muchas preguntas que quedan por responder sobre la biología básica de las partículas de toxina paraguas, Mougous y sus colegas están intrigados por sus posibles aplicaciones clínicas.
Sospechan que las bacterias que causan la tuberculosis y la difteria pueden ser sensibles a las toxinas paraguas. Observan que estas mismas bacterias se han vuelto resistentes a los antibióticos tradicionales. Los científicos sugirieron que podría valer la pena explorar las partículas de toxina paraguas por su potencial para controlar estas bacterias que causan enfermedades graves.
