Se acaba de descubrir un tercer motor giratorio en bacterias

 

Evolution News & Views  30 de enero de 2015 | Permalink

El último trabajo publicado de Howard Berg en Current Biology anuncia un fascinante hallazgo: se ha descubierto otro motor giratorio en una célula bacteriana. El experto de Harvard sobre el flagelo bacteriano (verlo hablando acerca de «Las maravillas del comportamiento de las bacterias» en el enlace), junto con dos colegas, describe una nueva clase de motor giratorio en una bacteria, separado y distinto de la ATP sintasa y de la clase de flagelos que se encuentran en la E. coli. El breve título del artículo es impactante: «Un motor giratorio impulsa el deslizamiento del Flavobacterium».

Las células del Flavobacterium johnsoniae, una bacteria con forma de bastón privada de pili o flagelos, se deslizan sobre vidrio a velocidades de 2-4 μm/s. El deslizamiento va propulsado por una fuerza protomotriz, pero la maquinaria necesaria para este movimiento no es conocida. Generalmente, las células se mueven en dirección recta, pero a veces exhiben un movimiento recíproco, se fijan cerca de un polo y se vuelcan o giran. Este comportamiento es parecido al de una especie de Cytophaga descrita con anterioridad. … Para aprender más sobre el motor deslizante, seccionamos células para reducir la cantidad y el tamaño de filamentos SprB y fijamos células al vidrio añadiendo anticuerpo anti-SprB. Las células comenzaron a girar alrededor de puntos fijos, generalmente en sentido antihorario, girando a velocidades de 1 Hz o más. Los pares necesarios para mantener estas velocidades eran grandes, comparables a los generados por el motor giratorio flagelar. Sin embargo, descubrimos que un motor deslizante gira a una velocidad constante y no a un par constante. Ahora bien, hay tres motores giratorios propulsados por fuerza protomotriz: el motor flagelar bacteriano, el Fo ATP sintasa, y el motor deslizante. [Énfasis añadido.]

Este motor giratorio recién identificado está constituido por piezas proteínicas que no tienen relación con los otros dos motores giratorios. Pero, como ellos, está accionado por fuerza protomotriz. Y usa un mecanismo enteramente «novedoso» para conseguir el movimiento.

La bacteria está repleta de esos motores que, al girar, operan de forma cooperativa para hacer que la célula se deslice sobre una superficie. Se observó que la mayoría de los motores (92 por ciento) giraban en sentido antihorario. Cuando el equipo fijó un extremo de esta bacteria en forma de vara a la superficie, la vara procedió a girar alrededor en círculos a una vuelta por segundo (1 Hz). ¡Estas bacterias generan mucho par! Los autores daban una lista de los puntos principales de su descubrimiento:

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  • El motor deslizante, un novedoso motor giratorio, hace girar células F. johnsoniae fijadas a un punto
  • El motor deslizante genera un elevado par
  • El motor deslizante gira a velocidad constante en lugar de a par constante

Estudios anteriores de F. johnsoniae encontraron que el mecanismo deslizante, funcionase como funcionase, pareció ir combinado con una función secretora. Por cuanto este mecanismo de secreción difería respecto de los tipos previamente conocidos (I-VIII), fue clasificado con Sistema de Secreción Tipo IX (T9SS). En 2013, dos investigadores descubrieron que sin los genes de secreción, el deslizamiento cesaba, debido a que el mecanismo no podía ser ensamblado. Publicando en la revista Journal of Bacteriology, también observaron que la motilidad deslizante está ampliamente extendida entre los Bacteroidetes, un fílum de bacterias que es «grande y diverso, con una rápida motilidad deslizante y con la capacidad de digerir macromoléculas asociadas con muchos géneros y especies».

En mayo de 2013, uno de los autores de este nuevo artículo (A. Shrivastava), publicando entonces en la revista Journal of Bacteriology, identificó como una docena de componentes proteínicos del mecanismo de deslizamiento, y observó que eran secretados a la membrana exterior de la célula mediante el T9SS. Parece que el equipo no reconoció la naturaleza giratoria del mecanismo en aquel momento, pero observó que la deleción de proteínas específicas lo estropeaba:

Las deleciones no polares de gldK, gldL, o gldM resultaron en la ausencia de motilidad deslizante y en defectos del T9SS. Las células mutantes produjeron proteínas SprB y RemA pero no las secretaron a la superficie de la célula. Las mutantes resultaron resistentes a fagos que usan SprB o RemA como receptores, y no se unieron al vidrio, se supone que debido a la ausencia de adhesinas superficiales de la célula.

El nuevo artículo de Berg, Shrivastava y Lele desvela ahora el secreto: el mecanismo de deslizamiento es un motor giratorio. Cuando las mutaciones estropean los genes, el motor no funciona, y ni siquiera puede ser construido —otra indicación de complejidad irreducible.

Los motores deslizantes tienen rotores y estatores igual que los demás motores giratorios. Este motor deslizante genera tanto par como un flagelo:

El par oscilaba entre 200—6.000 pN nm, con las células desplazándose a 1,000 pN nm (Figura 2D). Los pares medidos con motores de E. coli haciendo girar cuentas de látex (∼1 μm diámetro) promediaron 1.300 pN nm; por tanto, los pares generados por el motor deslizante son comparables con los generados por un motor flagelar. Los elementos del estátor formados por proteínas MotA y MotB actúan como unidades generadoras de fuerza que generan par para la rotación de los motores flagelares. Es probable que unos elementos similares del estátor, aunque constituidos por diferentes subunidades proteínicas, recogen la fuerza protomotriz para propulsar la rotación del motor deslizante.

El motor va fijado a una placa de base que se desliza a lo largo de la membrana exterior, propulsado por los «filamentos» giratorios de proteína SprB. La relación entre secreción y motilidad es curiosa. El T9SS y el motor giratorio son interdependientes, porque partes del motor tienen que ser excretadas a la membrana exterior para un montaje apropiado. «En nuestro modelo», dicen, «motores desliantes formaban complejos con el T9SS, que atravesaba las membranas interior y exterior, captando fuerza protomotriz para propulsar la rotación de SprB».

Esto se pone interesante, porque los autores afirman que el flagelo bacteriano tiene una dependencia similar del Sistema Secretor Tipo III (T3SS), que algunos evolucionistas darwinistas han tratado de invocar como antecesor del flagelo:

El secuenciado del genoma ha desvelado que el F. johnsoniae carece de proteínas similares a los componentes del motor flagelar bacteriano. GldJ es un supuesto componente del motor deslizante. Se supone que GldJ interacciona con el sistema de secreción de proteínas de Tipo IX (T9SS) y es importante para el movimiento de las adhesinas de la superficie de la célula. Las GldK, GldL, GldM y GldN son proteínas fundamentales del T9SS, y las células que carecen de esas proteínas no exhiben motilidad. La estructura macromolecular del motor de deslizamiento y su interacción exacta con el T9SS no están claras. GldL se localiza en la membrana citoplasmática, y podría actuar como un punto de anclaje para el motor deslizante. Además de las proteínas fundamentales del T9SS, otras proteínas Gld y Spr podrían asociarse con este motor. El motor deslizante parece asociarse con el T9SS de una manera análoga a la asociación del motor flagelar bacteriano con el sistema de secreción de Tipo III (T3SS). En las bacterias flageladas, el T3SS es necesario para la secreción de componentes axiales del flagelo. En la F. johnsoniae, el T9SS se necesita para la secreción del filamento SprB y una adhesina móvil, la RemA.

Lo que esto implica es todavía más complejidad irreducible para el flagelo bacteriano. Sin el flagelo y el T3SS funcionando en cooperación, el flagelo no funcionará, porque el T3SS es «necesario para la secreción de los componentes axiales» del flagelo. Esto sugiere que tanto el T3SS como el flagelo tuvo que existir simultáneamente para que el flagelo se ensamble y funcione de manera apropiada.

En tanto que es cierto que el T3SS funciona de manera independiente en bacterias no flageladas como un «inyectosoma» (el mecanismo mediante el que algunos patógenos infectan a otras células), se puede argumentar que estos patógenos perdieron sus flagelos, y no al revés. Este nuevo motor da apoyo a la perspectiva de que en ambos sistemas (el flagelo y el motor deslizante), la secreción y la rotación comprenden un sistema único y unificado irreduciblemente complejo. Es mucho más fácil perder orgánulos que elaborarlos. Y es más fácil tomar una máquina ya existente (como el T3SS) y hacer pasar un nuevo material a través de la misma, que construir una a partir de cero. Es como tomar un montacargas destinado a transportar ladrillos para levantar un edificio y usarlo para colocar una bomba.

Esta es una sugerencia que desde luego será objeto de debate entre evolucionistas y proponentes del designio deliberado de la vida. Lo que está claro ahora por ahora es que se ha desvelado otro sistema funcional de complejidad irreducible, basado en un motor giratorio propulsado por fuerza protomotriz. El anuncio de Harvard servirá ciertamente para estimular más investigación sobre este motor deslizante y cómo funciona. Y no es sorprendente que no hayan fingido ninguna hipótesis acerca de cómo este sistema pudo haber evolucionado.

Este motor está ahora mismo saliendo a luz como cinco décadas después del descubrimiento del mecanismo giratorio del flagelo bacteriano y dos décadas del de la ATP sintasa. Esto nos lleva a preguntar cuántos «novedosos» sistemas quedan por descubrir en los más simples de los organismos vivientes.

Fuente: Evolution NewsA Third Rotary Motor Has Now Been Found in Bacteria  30/1/2015

Redacción: Evolution News & Views © 2015 – www.evolutionnews.org

Traducción y adaptación: Santiago Escuain, publicado en sedin-notas.blogspot.com.es

© SEDIN 2015 – www.sedin.org
— Publicado por Santiago Escuain para <b>SEDIN – NOTAS y RESEÑAS</b> el 2/04/2015 07:10:00 p. m.

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