Identificar, atacar, asesinar: cómo las toxinas parecidas a las de los caballitos de mar matan a los insectos
Los investigadores revelan por primera vez la estructura detallada de la toxina bacteriana Mcf1: útil para diseñar nuevos biopesticidas
Las bacterias que matan insectos suelen liberar toxinas para acabar con sus huéspedes. La bacteria Photorhabdus luminescens, por ejemplo, bombea a las larvas de los insectos la toxina letal "Makes caterpillars floppy 1" (Mcf1), que primero las vuelve flácidas y luego las mata. Sin embargo, hasta ahora era un misterio cómo Mcf1 despliega su devastador efecto. Investigadores dirigidos por Stefan Raunser, Director del Instituto Max Planck de Fisiología Molecular de Dortmund, utilizaron con éxito la criomicroscopía electrónica (crioEM) y ensayos bioquímicos para caracterizar por primera vez la estructura de Mcf1, lo que les permitió proponer un mecanismo molecular de acción de la toxina. Comprender con tanto detalle cómo las toxinas bacterianas llevan a cabo su mortífera tarea es muy útil para diseñar biopesticidas novedosos, reduciendo así el uso de agentes químicos apenas específicos con efectos secundarios nocivos para el ecosistema.
Estructura tridimensional de "Makes caterpillars floppy 1" (Mcf1). La estructura de Mcf1 se asemeja a un caballito de mar con una cabeza que contiene varias cargas tóxicas, mientras que la región de la cola puede adherirse a las células diana.
MPI of Molecular Physiology
"El nuestro es el primer estudio estructural de esta toxina", explica Alexander Belyy, primer autor del estudio. El reto del proyecto, que ha llevado una década de trabajo, residía en que la proteína es relativamente grande y está compuesta de múltiples módulos, cada uno dedicado a una función específica. "El uso de nuestro equipo de crio-EM de última generación y de nuestra potencia computacional fue decisivo para resolver esta estructura", afirma Stefan Raunser.
La criomicroscopía electrónica permite a los investigadores obtener imágenes tridimensionales de una proteína con una resolución casi atómica, en este caso de 3,6 Ångstrom, lo que significa que se pueden observar detalles 200.000 veces más pequeños que la anchura de un cabello humano. Los científicos pudieron demostrar que la estructura de Mcf1 se asemeja a un caballito de mar con una cabeza que contiene varias cargas tóxicas, mientras que la región de la cola puede adherirse a las células diana. Una vez que la bacteria libera la toxina en el insecto huésped, tres dominios de su región caudal la identifican y se unen a la membrana de la célula diana. A continuación, otro dominio de la cola transfiere la cabeza a través de la membrana hasta el citoplasma de la célula. Una vez dentro, la cabeza interactúa con proteínas locales para estimular la liberación de dos cargas tóxicas. Estos módulos mortales alteran la actividad de las proteínas esenciales de la célula, provocando su muerte y, en última instancia, la muerte de todo el insecto a las 24 horas de la intoxicación.
Nuevos agentes orgánicos de control de plagas
Curiosamente, los investigadores descubrieron que la estructura modular de la cola y los pasos iniciales de la intoxicación por Mcf1 son muy similares a las toxinas de Clostridioides difficile, un patógeno humano responsable de más de 120.000 hospitalizaciones anuales en Europa. "Nuestro estudio, cuyo objetivo inicial era mejorar los biopesticidas, también tendrá repercusiones en la comprensión de las enfermedades humanas", añade Philipp Heilen, coprimer autor del estudio.
De cara al futuro, los científicos del MPI quieren dilucidar con detalle molecular cómo las cargas tóxicas de Mcf1 conducen a la muerte celular. "Este nuevo conocimiento también permite la ingeniería de toxinas insecticidas altamente específicas", dice Stefan Raunser, aludiendo a otra futura dirección de la investigación: la creación de nuevas variantes de toxinas útiles para el control ecológico de plagas.
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