MADRID, 15 Mar. (EUROPA PRESS) -
Imágenes nanoscópicas en 3D ha puesto de manifiesto cómo las diferentes bacterias han 'trucado' sus pequeños motores de hélice para una amplia gama de habilidades de natación.
Muchas bacterias nadan usando flagelos: largas colas que se unen a pequeños motores hechos de proteínas, de sólo decenas de nanómetros de ancho. Estos motores hacen girar los flagelos, que funcionan como propulsores a nanoescala para conducir la bacteria hacia adelante.
A pesar de que los motores en diversas bacterias tienen la misma estructura básica, diferentes bacterias varían ampliamente en su potencia de nado. Por ejemplo, Campylobacter jejuni, que causa la intoxicación alimentaria, puede nadar con potencia suficiente para perforar a través de la mucosa que recubre el intestino, un ambiente demasiado espeso y pegajoso para el impulso de otras bacterias.
Las razones de estas diferencias en la capacidad de natación han permanecido en la oscuridad hasta ahora. Usando un microscopio electrónico de alta potencia instalado recientemente en el Imperial College de Londres, un equipo de investigadores dirigido por Morgan Beeby, del Departamento de Ciencias de la Vida, ha sido capaz de visualizar estos motores en un detalle sin precedentes.
Sus visualizaciones de estos motores explican las diferencias en la capacidad para nadar, registrandi matemáticamente las diferencias en la potencia del motor. El trabajo se publica en Proceedings.
Los motores de flagelos bacterianos trabajan en un mecanismo de rotación, haciendo girar su larga cola flagelar para producir un movimiento helicoidal similar a una hélice. El equipo encontró que los nadadores más fuertes han evolucionado mediante la adición de partes adicionales para sus motores, por lo que los motores más potentes han aumentado la fuerza de giro o torsión.
En los motores flagelares, la fuerza de giro se produce por un anillo de estructuras llamadas estatores, alrededor de todo el motor. El equipo encontró que Campylobacter jejuni tenía casi el doble de los estatores posicionados alrededor del motor que la Salmonella, y que estas estructuras se asientan en un anillo más amplio. Más estatores proporcionan mayor par motor, y el aumento de la anchura del anillo significa que los estatores individuales ejercen más influencia cuando se hace girar la hélice helicoidal.
Sin embargo, no todas las bacterias tienen que ser tan potentes para nadar a través de ambientes tales como el moco viscoso del estómago. Otra bacteria que el equipo analizó, un pariente cercano de Vibrio cholerae, la bacteria que causa el cólera, ha desarrollado un motor de potencia intermedia.
"Por primera vez, hemos sido capaces de ver y explicar cómo estas máquinas moleculares a nanoescala han evolucionado en bacterias para colonizar nuevos ambientes", dijo Beeby. "Es una fascinante visión de la diversidad impresionante de la vida que ha evolucionado en la Tierra, y también presenta posibles objetivos farmacológicos. Podemos ser capaces de diseñar fármacos que sabotean específicamente los flagelos sólo en especies bacterianas específicas".
El equipo utilizó un método llamado crio-tomografía de electrones para congelar rápidamente las bacterias a -180 grados C. Esto evita la formación de cristales de hielo que romperían la estructura, permitiendo a los investigadores tomar imágenes del motor congelado instantáneamente desde todos los ángulos y construir un modelo 3D.
Al observar las bacterias alejadas de las diferentes ramas del árbol de la evolución, el equipo especula que la capacidad de alterar el par de esta manera puede haber evolucionado hasta hace dos millones de años. "Ramas enteras del árbol de la familia de bacterias han evolucionado motores con diferentes pares de torsión, lo que lleva a una diversidad de especies adaptadas a su medio ambiente", dijo Beeby.
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