Un equipo del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) ha logrado obtener las primeras imágenes del sistema que utilizan las bacterias para recibir información del exterior, durante la transmisión de señales. Estas fotografías a nivel atómico han proporcionado a los autores un mayor conocimiento sobre el citado sistema, casi exclusivo de los microorganismos, que les permite, por ejemplo, prepararse para provocar una infección o generar resistencia a los fármacos. El trabajo, que aparece publicado en el último número de Cell, podría ser la base para el desarrollo de nuevos antibióticos contra enfermedades bacterianas.
La investigación ha sido desarrollada íntegramente en el Instituto de Biomedicina de Valencia (CSIC) por los científicos Patricia Casino, Vicente Rubio y Alberto Marina. Los autores se sirvieron de técnicas de difracción de rayos X para observar a escala atómica la estructura de un sistema de dos componentes que, en bacterias, transmite las señales externas al interior de la célula bacteriana. Su investigación ofrece información suficiente para elaborar una hipótesis que explica el proceso.
“La transmisión de información entre exterior e interior aumenta la producción de unas proteínas concretas y disminuye la de otras, a partir de los genes de la bacteria”, explica Marina. Este mecanismo altera el funcionamiento de la bacteria, lo que provoca, por ejemplo, que el microorganismo se adapte al medio en el que se encuentra para, así, poder colonizarlo, como en el caso de las infecciones.
Los sistemas de dos componentes más sencillos, como el analizado, constan de dos proteínas: una conectada con el exterior, la histidina quinasa (HK), y otra interior llamada regulador de respuesta (RR). Cuando un compuesto químico determinado, que actúa como señal, se une a HK, causa un cambio que se transmite a la parte de la proteína que está dentro de la bacteria. Ese cambio queda reflejado en la transferencia de un fosfato a una parte determinada de la proteína.
Después, HK y RR se unen y el fosfato pasa a RR que, entonces, se separa y migra al cromosoma de la bacteria, donde cambia la expresión de los genes. “Es el final de la transmisión de información y el comienzo del cambio de la bacteria. RR-F (RR con fosfato) es un verdadero mensajero interno que lleva la señal a lo más profundo de la célula”, comenta Patricia Casino.
El sistema se repite a la inversa para liberar a RR del fosfato y que vuelva a su estado natural, en el que puede volver a recibir señales. Los autores, en concreto, han fotografiado los pasos de este segundo proceso. “Nuestros resultados han aclarado cómo termina la señal, aunque también hemos obtenido información del proceso inverso, la activación del RR por la HK”, añade la investigadora.
Puerta a nuevos antibióticos
Las imágenes captadas por los autores explican cómo, dentro de la bacteria, cada tipo de HK se une a un tipo determinado de RR. Este dato, según los autores, abre la posibilidad de desarrollar sustancias que puedan unirse a estas proteínas, impidiendo la transmisión de señales por estos sistemas en procesos tan poco deseables como el inicio de una infección o la generación de una resistencia. “Estas sustancias podrían ser la base de nuevos antibióticos”, señala Vicente Rubio.
El trabajo ha analizado un sistema de dos componentes de la bacteria Thermotoga maritima, que no causa enfermedades conocidas, pero sus conclusiones pueden extrapolarse a bacterias patógenas. “En el estudio, también observamos un comportamiento similar en estafilococos, bacterias causantes de diversas patologías humanas, desde el forúnculo hasta la septicemia o la neumonía infantil. Con frecuencia, estas bacterias presentan resistencias a muchos de los antibióticos conocidos”, concluye el científico del CSIC.
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Referencia bibliográfica:
Patricia Casino, Vicente Rubio, Alberto Marina, "Structural Insight into Partner Specificity and Phosphoryl Transfer in Two-Component Signal Transduction". Cell 2009. doi:10.1016/j.cell.2009.08.032
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