En humanos y animales, las catecolaminas como la epinefrina, la norepinefrina y la dopamina son hormonas comunes del estrés. El estrés puede aumentar la susceptibilidad del cuerpo a las infecciones bacterianas. En el laboratorio, las hormonas del estrés estimulan el crecimiento de varios patógenos. Esto ya se había observado en Salmonella (Salmonella enterica serovar Typhimurium) y otras bacterias intestinales, Escherichia coli y el agente causante del cólera, Vibrio cholerae. Además, la epinefrina y la norepinefrina facilitan que las bacterias infecten las células del cuerpo. Y estas hormonas también influyen en la biosíntesis de factores de virulencia, que permiten que los patógenos se adhieran, penetren y destruyan las células.

"Por lo tanto, sospechamos que algunas bacterias usan tales hormonas como señales para reconocer el entorno del huésped eucariótico", dice la profesora de microbiología de LMU, Kirsten Jung. "Pero la base molecular no se conocía". Junto con el profesor Stephan A. Sieber de la Universidad Técnica de Munich (TUM) y otros investigadores, Jung ahora ha identificado el sitio de unión de la epinefrina y el derivado de la epinefrina fenilefrina en la bacteria Vibrio campbellii. Como informa el equipo en PNAS , el objetivo de ambas moléculas es la proteína CheW. "La importancia biológica del mecanismo es que las bacterias reconocen, por ejemplo, que ya no están en el agua de mar, sino en el intestino de un huésped", explica Jung.

Estudios con el organismo modelo V. campbellii

"Queríamos saber cómo las bacterias reconocen las catecolaminas como moléculas de señalización", dice el científico de LMU. "¿Qué receptores controlan este proceso?" Sus experimentos consistieron en varios pasos individuales.

Para el estudio, Sieber desarrolló un método para modificar químicamente la epinefrina y la fenilefrina, de modo que los investigadores pudieran aislar directamente los complejos de las catecolaminas y las proteínas bacterianas unidas. Un requisito previo de los experimentos era que los nuevos compuestos no tuvieran ninguna característica biológica que no tuvieran las moléculas no modificadas. El grupo de Jung hizo experimentos de laboratorio para demostrar que esto era así. La epinefrina se une al hierro, mientras que el derivado de la epinefrina, la fenilefrina, no lo hace. Con su elección de compuestos, los investigadores querían descartar los efectos que surgen cuando las bacterias tienen un mejor suministro de hierro.

Jung y Sieber trabajaron con Vibrio campbellii como organismo modelo. La bacteria marina infecta peces, camarones, calamares y muchos otros invertebrados marinos. Agregaron Vibrio campbellii a las catecolaminas modificadas químicamente y lisaron las células. A continuación, extrajeron del lisado todas las proteínas a las que se había unido una molécula y las caracterizaron mediante análisis de proteoma. Esto resultó en un enriquecimiento particular de la proteína de quimiotaxis soluble CheW.

Posteriormente, el grupo de Jung aisló la proteína CheW directamente de las bacterias, la purificó y midió su afinidad de unión a las catecolaminas. En el proceso, los investigadores descubrieron algo sorprendente:las hormonas no se unen a los quimiorreceptores en sí mismos, como se esperaba originalmente, sino a la proteína de acoplamiento CheW, que se encuentra entre los receptores y una cascada de transducción de señales. Todo este sistema de percepción de estímulos controla el movimiento de la bacteria en un gradiente químico.

"Nuestro estudio proporciona nuevos conocimientos sobre la comunicación de las bacterias con su huésped", resume Jung. "Pudimos demostrar que el comportamiento de natación de las bacterias es modificado por las hormonas del huésped, que está controlado por CheW". La motilidad, y en particular la motilidad dirigida, es decisivamente importante para la colonización del huésped, ya que las bacterias buscan deliberadamente colonizar un organismo y conquistar todos los nichos. En el siguiente paso, Jung ahora quiere averiguar si el mismo mecanismo puede detectarse en otras bacterias.