Publicado 13/01/2022 13:41CET

Investigadores del Centro Andaluz de Biología del Desarrollo describen cómo las bacterias construyen su "propulsor"

Estructura simplificada de un flagelo bacteriano.
Estructura simplificada de un flagelo bacteriano. - CABD

SEVILLA, 13 Ene. (EUROPA PRESS) -

Un grupo de investigación del Centro Andaluz de Biología del Desarrollo (CABD) ha establecido un modelo innovador que explica "cómo las bacterias leen y ejecutan el manual para construir el flagelo", una estructura "esencial" que permite que éstas se desplacen, y que actúa como una suerte de "propulsor", ha explicado este jueves el CSIC.

Según ha detallado en un comunicado, para sobrevivir algunas bacterias se desplazan y colonizan nuevos lugares, ya sea en el medio ambiente o infectando a otros seres vivos, o bien escapan de ambientes hostiles, por ejemplo, debido a la presencia de un compuesto tóxico. El desplazamiento se convierte así "en una condición esencial para la supervivencia" de determinadas bacterias y, para ello, necesitan disponer de una estructura "imprescindible", el flagelo, descrita como "una perfecta y pequeña máquina molecular compuesta de varias partes que interactúan y contribuyen a la función básica, donde eliminar alguna de ellas interrumpiría las funciones de ese sistema".

Estudiar cómo se comportan y funcionan las bacterias "es determinante para conocer los numerosos procesos fundamentales para la vida en los que participan", ha destacado el CSIC, y de ahí la relevancia del modelo establecido por el grupo del CABD, que explica cómo las bacterias leen y ejecutan el manual para construir el flagelo, estructura esencial que permite que éstas se desplacen. El estudio, liderado por el investigador del Área de Microbiología de la Universidad Pablo de Olavide de Sevilla Fernando Govantes, ha sido publicado recientemente en la revista 'Environmental Microbiology'.

EL FLAGELO, UNA MÁQUINA SOFISTICADA

El flagelo bacteriano "es la máquina más pequeña que existe, un dispositivo diminuto capaz de convertir una corriente eléctrica --de protones-- en rotación, y permite propulsar a las bacterias a la mayor velocidad en relación a su tamaño registrada en un ser vivo: hasta 100 veces su longitud por segundo", ha detallado el CSIC. "Estructuralmente, es parecido a la hélice de un barco, está formado por un motor que proporciona energía para la rotación, un interruptor que cambia el sentido de giro, el eje de giro que conecta el motor con el filamento, y el propio filamento, un apéndice proteico que sobresale de la célula y que funciona como las palas de la hélice", ha agregado.

Este elemento está compuesto por más de 30 proteínas diferentes que se auto ensamblan de manera secuencial como piezas de la máquina. De igual manera, los genes que contienen las instrucciones en el ADN para fabricar estas proteínas, deben expresarse también en un orden determinado. A esta organización temporal en la ejecución de órdenes los especialistas la llaman "cascada flagelar".

"Llevamos más de una década investigando la movilidad bacteriana utilizando como organismo modelo 'Pseudomonas putida', una bacteria de gran interés en biotecnología ambiental y agricultura ya que se asocia a las raíces de las plantas y promueve su crecimiento, a la vez que las protege de posibles patógenos", ha afirmado Govantes, que además de investigador de la UPO es responsable del grupo 'Genética del desarrollo de biofilms bacterianos' del CABD, centro mixto del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC), la Universidad Pablo de Olavide y la Junta de Andalucía.

'Pseudomonas putida' tiene un penacho de entre cinco y siete flagelos en un único polo de la célula que utiliza para desplazarse. En esta bacteria, las instrucciones para fabricar las piezas del flagelo se encuentran agrupadas juntas en el genoma, "como si fueran un manual". En este trabajo, el equipo ha combinado por primera vez datos de secuenciación, análisis computacionales de la conservación y organización de los genes flagelares entre distintas especies de 'Pseudomonas' y trabajo experimental, para explicar de manera realista en qué orden se ejecutan todas estas instrucciones para construir los flagelos bacterianos.

El "modelo simplista" que la comunidad científica asumía hasta ahora se basaba en que los genes flagelares se expresan por grupos muy definidos en 3-4 oleadas de manera secuencial: serían los saltos de la cascada. Primero se expresan las proteínas que dan la orden a la célula para empezar a construir el flagelo. Estas proteínas se encargan de hacer que se exprese el núcleo central de la máquina que se inserta dentro de la pared celular. Más tarde, otras dan la orden para construir el filamento que se extiende hacia afuera de la bacteria.

"Sin embargo, con la estrategia que hemos seguido integrando resultados de análisis diferentes, hemos descubierto en 'P. putida' que la realidad es mucho más compleja: no solo existen estos saltos en la cascada, sino que nos encontramos con un segundo nivel de regulación superpuesto: proteínas que ordenan la construcción de las últimas piezas de la máquina también ordenan que se fabriquen más piezas de las iniciales. Además, cuando se escriben las instrucciones para hacer el filamento, se escriben a la vez las que hacen que la célula vuelva a iniciar la síntesis del flagelo desde el principio", ha explicado Govantes.

En contraposición, el equipo también ha encontrado otras proteínas que se expresan a la vez que las del núcleo del flagelo, y que impiden la fabricación de más piezas iniciales. Estos bucles facilitan la interrupción de la fabricación de componentes flagelares ya ensamblados, y también la reiniciación de la síntesis de nuevos flagelos para las células hijas cuando se acerca la división celular.

"La gran conservación entre diferentes especies bacterianas sobre cómo se organizan estos bloques de instrucciones en el genoma y las secuencias de ADN que reconocen las proteínas que las ejecutan, nos indica que esta nueva forma de concebir la cascada flagelar se aplica, como mínimo, al resto de especies de 'Pseudomonas' que habitan en suelos y sobre las superficies de las plantas", ha concluido Govantes.

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