Esta caricatura muestra una hoja con áreas dañadas (manchas marrones) causadas por la respuesta inmune innata de la planta. El esquema superpuesto muestra la estructura tridimensional de SOBER1. Crédito:Instituto Salk
Cuando vea manchas marrones en hojas verdes por lo demás saludables, es posible que esté presenciando la respuesta inmune de una planta mientras intenta evitar que se propague una infección bacteriana. Algunas plantas son más resistentes a tales infecciones que otras, y los biólogos de plantas quieren entender por qué. Los científicos del Instituto Salk que estudian una proteína vegetal llamada SOBER1 descubrieron recientemente un mecanismo por el cual, contraintuitivamente, las plantas parecen volverse menos resistentes a las infecciones.
La obra, que apareció en Comunicaciones de la naturaleza el 19 de diciembre 2017, arroja luz sobre la resistencia de las plantas en general y podría conducir a estrategias para aumentar la inmunidad natural de las plantas o para contener mejor las infecciones que amenazan con destruir un cultivo agrícola completo.
"Hay muchas pérdidas en el rendimiento de los cultivos debido a las bacterias que matan las plantas, "dice la autora principal del artículo, Joanne Chory, un investigador del Instituto Médico Howard Hughes, director del Laboratorio de Biología Molecular y Celular de Plantas de Salk y ganador del Premio Breakthrough en Ciencias de la Vida en 2018. "Con este trabajo, nos propusimos comprender el mecanismo subyacente de cómo funciona la resistencia, y ver qué tan general es ".
Una de las formas en que las plantas luchan contra las infecciones bacterianas es matando sus propias células en las que se detectan proteínas bacterianas. Pero algunas bacterias han desarrollado una estrategia contraria:inyectar proteínas especiales que suprimen la respuesta inmune de la planta al agregar pequeñas, desactivando las etiquetas químicas llamadas grupos acetilo para las moléculas inmunes. Este proceso se llama acetilación. No está claro qué hace que ciertas plantas puedan resistir estas contramedidas bacterianas mientras que otras sucumben a la infección.
Como medio para comprender mejor estas interacciones entre patógenos y plantas, El equipo de Chory se volvió hacia la hierba bien estudiada Arabidopsis thaliana y, en particular, una enzima llamada SOBER1, que se había informado anteriormente que suprime la respuesta inmune de la hierba a una proteína bacteriana conocida como AvrBsT. Si bien puede parecer contradictorio utilizar la inmunosupresión para estudiar la resistencia a las infecciones, los biólogos de Salk pensaron que hacerlo podría proporcionar información útil.
Los investigadores comenzaron determinando la secuencia de aminoácidos de SOBER1, el orden particular de los bloques de construcción que le da a una proteína su identidad básica. Curiosamente, encontraron que era muy similar a una enzima humana relacionada con la vía del cáncer. Esta enzima contiene un túnel característico en el que las proteínas con ciertos tipos de modificaciones pueden encajar y cortarse como parte de la reacción enzimática. Resulta que SOBER1 se puede clasificar como parte de una vasta superfamilia de proteínas conocida como alfa / beta hidrolasas. Estas enzimas comparten una estructura central común pero son muy flexibles en las reacciones químicas que catalizan. que van desde la descomposición de la grasa hasta la desintoxicación de sustancias químicas llamadas peróxidos.
Próximo, utilizaron una técnica de más de 100 años llamada cristalografía de rayos X para determinar la estructura tridimensional de SOBER1. Si bien es similar a la enzima humana, El túnel de la enzima vegetal tenía dos aminoácidos extra que salían de la parte superior:uno en la entrada y otro en el medio.
"Cuando los vimos, nos dimos cuenta de que tenían que tener un efecto dramático en la función porque básicamente bloquean el túnel, "dice el investigador asociado de Salk y co-primer autor Marco Bürger.
Cuatro áreas de una hoja de tabaco en las que se ha producido la proteína AvrBsT, junto con la versión normal de la desacetilasa de reacción contraria (AtSOBER1, arriba a la izquierda) y varias versiones mutantes. El lado derecho muestra mutantes SOBER1 en los que se ha manipulado el túnel de sustrato recién descubierto. La versión normal de SOBER1 tiene el tejido de aspecto más saludable, porque SOBER1 ha bloqueado la respuesta inmune de la planta que destruye los tejidos. Crédito:Instituto Salk
Para descubrir cuál podría ser el propósito, Bürger y el co-primer autor Björn Willige, también un asociado de investigación, utilizaron sustratos (moléculas sobre las que actúan las enzimas) con diferentes longitudes y probaron bioquímicamente qué tan bien encajan en la enzima y si se pueden cortar. Sólo ciertos tipos encajan y se cortan:grupos de acetilo muy cortos. Esto sugirió que SOBER1 es una desacetilasa, una clase de enzima que elimina los grupos acetilo. Es más, el equipo mutó SOBER1 y así abrió el túnel bloqueado. Con este cambio Bürger y Willige diseñaron una enzima que perdió su fuerte especificidad por los grupos acetilo cortos y, en cambio, prefirieron sustratos más largos.
"Para los experimentos bioquímicos iniciales, usamos establecido, sustratos artificiales, "dice Willige." Pero luego queríamos ver qué pasaría en las plantas ".
Para esto, utilizaron plantas de tabaco, que tienen hojas grandes con las que es fácil trabajar, y una bacteria que produce AvrBsT, que se sabe que desencadena la acetilación. Produjeron AvrBsT en diferentes regiones de las hojas de tabaco junto con SOBER1 y varias versiones mutadas (y por lo tanto no funcionales) de la enzima.
Las hojas que producían AvrBsT tenían parches marrones de tejido muerto, lo que indica que AvrBsT había iniciado un programa de muerte celular para reducir la propagación sistémica del patógeno. Las hojas que produjeron AvrBsT junto con SOBER1 se veían saludables, lo que indica que SOBER1 revirtió la acción de AvrBsT. Sorprendentemente, Las versiones de SOBER1 mutado con un túnel abierto no pudieron evitar que el tejido muriera. De esto, los investigadores concluyeron que la desacetilación debe ser la reacción química subyacente que conduce a la supresión de la respuesta inmune de la planta.
Las pruebas de tabaco apoyaron la idea de que SOBER1 es una desacetilasa que eliminaría los grupos acetilo añadidos por las proteínas bacterianas. Sin los grupos acetilo que marcan las proteínas, la planta no los reconoció como extraños y, por lo tanto, no generó una respuesta inmune que mata las células. Las hojas parecían más saludables porque las células no estaban muriendo.
"La función de SOBER1 es sorprendente porque mantiene vivo el tejido infectado, que pone en riesgo la planta, "dice Chory, quien también ocupa la Cátedra Howard H. y Maryam R. Newman en Biología Vegetal en Salk. "Pero recién estamos comenzando a comprender este tipo de mecanismos, y muy bien podría haber condiciones en las que las acciones de SOBER1 sean beneficiosas ".
Otras pruebas demostraron que la actividad y función de SOBER1 no se limita a la mala hierba Arabidopsis thaliana, pero también existe en una planta llamada colza que demuestra que los hallazgos del laboratorio de Chory podrían aplicarse a cultivos agrícolas y recursos de biocombustibles.
A Bürger y Willige les gustaría comenzar a detectar inhibidores químicos que pudieran bloquear SOBER1, permitiendo así que las plantas tengan una respuesta inmune completa a las bacterias patógenas.
