Espectacular vídeo de cómo un bacteriófago T7 infecta a una bacteria E. coli

Ian Molineux (Facultad de Ciencias Naturales de la Universidad de Texas en Austin) y sus colegas han logrado visualizar mediante criotomografía electrónica cómo un virus T7 camina por la superficie de una bacteria E. coli, la reconoce, se fija en su superficie y penetra a través de su membrana doble fosfolipídica. El virus T7 tiene una especie de antenas plegadas en su superficie que es capaz de desplegar en la membrana celular para caminar sobre ella y encontrar un lugar óptimo para la infección. Tras infectar a la bacteria con su ADN, el tubo de inyección colapsa y la membrana de la célula infectada se sella. El artículo técnico es Bo Hu, William Margolin, Ian J. Molineux, Jun Liu, “The Bacteriophage T7 Virion Undergoes Extensive Structural Remodeling During Infection,” Science 339: 576-579, 1 February 2013 (el artículo ya apareció online el 10 de enero). La información suplementaria (de acceso gratuito) no tiene desperdicio.

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Las jeringuillas moleculares que utilizan los virus para infectar a las bacterias

Los bacteriófagos son virus que atacan a bacterias; se acoplan a la membrana celular y les inyectan su ADN y ciertas proteínas gracias a unas jeringuillas víricas, como el sistema de secreción tipo VI (T6SS). Este sistema también se observa en algunas bacterias que erradican a su competencia (otras bacterias) inyectándoles sustancias que las matan. Joseph D. Mougous y sus colegas publican en Nature un análisis del funcionamiento de la jeringuilla molecular T6SS, la que utiliza la bacteria Pseudomonas aeruginosa para atacar a otras bacterias Gram-negativas. Quizás sea futurología, pero estos hallazgos me hacen pensar que en un futuro lejano se podría usar el T6SS para diseñar jeringuillas que reconozcan a las bacterias causantes de una infección en humanos y les inyecten directamente los antibióticos en su interior. Todavía faltan muchos años, pues este trabajo de investigación es el resultado de varios años en los que se han publicado muchos resultados previos. El grupo de Mougous ha descubierto cómo actúa el sistema T6SS a la hora de penetrar en la membrana de las bacterias Gram-negativas, que está formada por dos bicapas de fosfolípidos diferentes, la membrana citoplasmática y la membrana externa, que contiene lipopolisacáridos en su cara exterior. Las dos membranas están separadas por el periplasma, que contiene una red de peptidoglicano. Hay que recordar que nuestras células son eucariotas (tienen núcleo) y su membrana celular está formada por una sola bicapa de fosfolípidos individuales (la membrana plasmática). ¿Cómo se las apaña una sola proteína en el sistema T6SS para atravesar ambas membranas bacterianas y el periplasma? Nos lo cuenta Peggy Cotter, “Microbiology: Molecular syringes scratch the surface,” Nature 475: 301–303, 21 July 2011, que se hace del artículo técnico de Alistair B. Russell et al., “Type VI secretion delivers bacteriolytic effectors to target cells,” Nature 475: 343–347, 21 July 2011.

El sistema T6SS es utilizado tanto por bacteriófagos, como T4, como por bacterias, como la Pseudomonas aeruginosa. La jeringuilla molecular T6SS está formada por dos tubos, uno que parmanece en el exterior y otro que penetra a través de las dos membranas bacterianas. El sistema T6SS se acopla a la bacteria atravesando la primera membrana. Como indica la figura que abre esta entrada, el tubo exterior (verde) se contrae y empuja al tubo interior (azul) hasta penetrar la segunda membrana bacteriana. La longitud del tubo interior no es suficiente para atravesar completamente la segunda membrana bacteriana, por lo que P. aeruginosa inyecta unas proteínas efectoras capaces de degradar el peptidoglicano, llamadas Tse1 y Tse3, cuya misión es degradar el periplasma y permitir que otra proteína llamada Tse2 pueda atravesar la membrana y penetrar en el citoplasma matando a la bacteria objetivo.

El trabajo de Mougous y sus colegas no es todavía definitivo y quedan aún muchas preguntas por contestar sobre el funcionamiento del sistema T6SS. Por ejemplo, no se sabe cómo reconoce el sistema (especificidad) a las bacterias objetivo; en algunas bacterias (como Vibrio cholerae) el mismo sistema T6SS es capaz de infectar a diferentes tipos de células, tampoco se sabe cómo se reconocen a todas ellas y solo a ellas. La biofísica de la inyección también muestra muchas incógnitas aún por resolver.

Aún así, no es difícil imaginar que algún día estas jeringuillas moleculares puedan ser utilizadas para inyectar agentes antibacterianos (como los antibióticos y las bacteriocinas) en el citoplasma de la bacteria, en lugar de hacerlo en el medio extracelular. Los avances en biología molecular y en biología sintética permitirán aprovechar lo que nos ofrece la Naturaleza como modelo biotecnológico en medicina.