Cómo tejen las bacterias su capa de azúcar: ¿un nuevo enfoque para combatir la resistencia?
Los investigadores utilizan la criomicroscopía electrónica para visualizar un importante canal de transporte bacteriano
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La mayoría de las bacterias, incluidos muchos patógenos bacterianos, están rodeadas por una capa protectora externa de moléculas de azúcar, conocida como cápsula. Esta cápsula protege a las bacterias de las influencias ambientales, pero también les sirve como una especie de manto de invisibilidad que les permite eludir los fagocitos de nuestro sistema inmunitario. Biólogos estructurales del Centro Helmholtz para la Investigación de Infecciones (HZI) han utilizado ahora la criomicroscopía electrónica para visualizar por primera vez en tres dimensiones a nivel atómico el complejo proteico central Wza-Wzc, con el que las moléculas de azúcar pasan del interior de la célula bacteriana al exterior. Sus investigaciones también muestran cómo se forma el canal y qué actores moleculares intervienen en el transporte activo de moléculas de azúcar a través del canal. Los investigadores esperan que su estudio ayude a identificar estructuras diana para posibles fármacos que puedan inhibir o impedir por completo la formación de la cápsula bacteriana en el futuro. Esto también haría a estos patógenos bacterianos vulnerables al ataque del sistema inmunitario. El estudio se ha realizado en colaboración con investigadores del Centro de Biología de Sistemas Estructurales (CSSB) de Hamburgo y se ha publicado ahora en la revista Nature Communications.
Vista transversal de la estructura crio-EM del transportador CPS Wza-Wzc.
© HZI/Biao Yuan
"Muchas bacterias no están desnudas, sino bien empaquetadas, con una cáscara protectora formada por una densa red de moléculas de azúcar que las protege de influencias ambientales externas como la deshidratación", explica el profesor Dirk Heinz, jefe del departamento de "Biología Estructural Molecular" del HZI. "Esta cápsula tiene otra ventaja para los patógenos bacterianos: actúa como un manto de invisibilidad. Esto se debe a que las moléculas de azúcar entrelazadas y altamente variables de la cápsula bacteriana dificultan su reconocimiento por parte de nuestras células inmunitarias."
En un contexto de creciente resistencia a los antibióticos, el HZI también trabaja intensamente en la investigación de nuevas sustancias activas contra los patógenos bacterianos. ¿Y si supiéramos más sobre cómo y dónde se teje el manto de azúcar de las bacterias? "Ese sería un punto de partida ideal para desarrollar sustancias activas que pudieran impedir o al menos frenar la formación de la cápsula bacteriana. Así se descubrirían las estructuras subyacentes de la bacteria, que nuestras células inmunitarias podrían atacar con mayor eficacia", explica el Dr. Biao Yuan, científico del grupo de investigación HZI de Dirk Heinz y primer autor del estudio.
Se sabe que un complejo proteínico llamado Wza-Wzc desempeña un papel clave en la producción de la cápsula en las llamadas bacterias Gram negativas, entre las que se encuentran muchos patógenos. Sin embargo, hasta ahora no estaba claro qué aspecto tiene exactamente este complejo ni cómo se transportan las moléculas de azúcar desde el interior de la bacteria al exterior. Ahora, los biólogos estructurales del HZI han podido arrojar luz al respecto con su estudio.
Para su investigación, los científicos utilizaron la llamada criomicroscopía electrónica. Esta técnica permite crear imágenes reales de la estructura tridimensional de las proteínas con una alta resolución espacial. Realizaron sus investigaciones con la bacteria Escherichia coli K-12, una cepa de laboratorio no patógena de la bacteria intestinal E. coli, que pertenece a las bacterias Gram negativas. Las bacterias Gram negativas tienen una membrana celular que rodea el interior de la célula y una membrana externa adicional por encima de ella. En el exterior se encuentra la cápsula bacteriana protectora formada por moléculas de azúcar, que está estrechamente unida a la membrana externa. Por tanto, las moléculas de azúcar que se forman en el interior de la célula deben atravesar de algún modo la membrana celular y la membrana externa para salir al exterior.
"Descubrimos que la proteína Wzc, que se sitúa como un octámero en forma de anillo dentro de la membrana celular, realiza una especie de movimiento de búsqueda desencadenado por un proceso bioquímico. Extiende un brazo molecular y, de este modo, entra en contacto con la proteína Wza, que también consta de ocho unidades y está situada en el interior de la membrana externa superior", explica Biao Yuan. "Entonces forman un canal de transporte continuo a través del cual las moléculas de azúcar, con la ayuda de otra proteína, la Wzy polimerasa, pasan del interior de la bacteria al exterior, donde forman la cápsula". El manto de azúcar de la bacteria se teje así con ayuda del sistema de transporte Wza-Wzc-Wzy, que funciona como una especie de telar de punto molecular. En su interior, las moléculas de azúcar se enredan entre sí y salen por el otro lado, donde pasan a formar parte del manto de invisibilidad.
"Nuestro estudio nos permitió generar por primera vez imágenes reales en 3D del canal de transporte Wza-Wzc. De este modo pudimos demostrar de forma concluyente su existencia", afirma Dirk Heinz. "Además, hemos identificado bloques moleculares esenciales para su formación y funcionamiento". Los investigadores también hallaron pruebas iniciales de qué actores moleculares intervienen en el transporte activo de moléculas de azúcar a través del canal. En estudios posteriores, el equipo de investigadores planea investigar con más detalle el canal de transporte Wza-Wzc y sus socios funcionales moleculares. Su objetivo es identificar posibles estructuras diana para sustancias activas que puedan utilizarse para privar a las bacterias de sus suministros de punto para producir su manto protector de invisibilidad.
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