Un equipo internacional dirigido por investigadores de la Universidad de Graduados del Instituto de Ciencia y Tecnología de Okinawa (OIST) utilizó imágenes de vanguardia para capturar una bomba de proteínas funcionando en tiempo real. Los hallazgos revelaron cómo las bacterias envían proteínas fuera de la célula, un mecanismo relacionado con la patogénesis bacteriana y la formación de biopelículas. Los sistemas de secreción bacteriana también son de interés en biotecnología y medicina, ya que pueden usarse para administrar proteínas terapéuticas a células diana específicas.

Las bacterias gramnegativas pueden enviar proteínas a través de sus membranas externas a través de una gran máquina molecular conocida como sistema de secreción tipo II (T2SS). Esta bomba está compuesta por aproximadamente 15 componentes proteicos que funcionan juntos como una jeringa, lo que permite a las bacterias enviar proteínas efectoras a su entorno.

"Usando microscopía crioelectrónica, pudimos obtener imágenes de este conjunto de múltiples proteínas, llamado secretina, a nivel molecular. La secretina forma el canal a través del cual se expulsan las proteínas efectoras", explicó el Dr. Daniel Depo, primer autor de el artículo y becario postdoctoral en OIST.

Uno de los desafíos de obtener imágenes de estructuras biológicas es mantenerlas lo más cerca posible de su estado original. Esto es especialmente importante para complejos proteicos como la secretina, que son estructuras dinámicas que experimentan constantemente cambios conformacionales.

"Lo que diferencia nuestro estudio de los anteriores es que tomamos imágenes de la secretina mientras funciona, en un proceso llamado criotrampa", dijo el Dr. Depo. "Este enfoque nos permite capturar una serie de instantáneas a lo largo de los diferentes pasos del ciclo de secreción".

Los científicos utilizaron una combinación de técnicas de imágenes, incluida la crio-EM de una sola partícula y la microscopía de fuerza atómica de alta velocidad para capturar la estructura y función de la secretina. Los resultados revelaron cómo la secretina forma un canal cerrado y cómo interactúa con las proteínas efectoras para permitir la secreción eficiente de proteínas fuera de la célula.

"El mecanismo de secreción de proteínas en bacterias gramnegativas se ha estudiado durante décadas", dijo el profesor James Hurley, autor principal del artículo y director de la Instalación de crioimagen molecular de la OIST. "Este proceso de secreción juega un papel importante en la forma en que las bacterias interactúan con su entorno, como causar enfermedades en plantas o animales. Al comprender los mecanismos a nivel molecular, esperamos obtener información sobre nuevas estrategias para desarrollar medicamentos para inhibir estos procesos."

Esta investigación, publicada en Nature Communications, abre nuevas vías para comprender la estructura y función del T2SS y ayudará en el desarrollo continuo de nuevas estrategias terapéuticas dirigidas a la vía de secreción.