Los grumos moleculares inducidos por el estrés mejoran el estado físico de las bacterias

ARRIBA: ISTOCK.COM, THOMASVOGEL

Cuando dos líquidos distintos emergen de lo que alguna vez fue una solución mixta, como cuando el aceite y el vinagre se separan en un aderezo para ensaladas. llamar al proceso separación de fases líquido-líquido (LLPS). Aparte de los condimentos, esta separación de fases también ocurre a escala microscópica, dentro de las células, donde concentra biomoléculas y facilita sus reacciones. Si bien hay varios ejemplos de LLPS en células eucariotas, el proceso se ha estudiado menos en bacterias debido a su pequeño tamaño. En consecuencia, quedan dudas sobre cuándo, cómo y por qué ocurre LLPS en procariotas.

Gracias a un informe en Science Advances ayer (20 de octubre), LLPS ahora es . . . firmemente confirmado en los sistemas procarióticos, Frederic Rousseau, quien estudia la agregación de proteínas en KU Leuven en Bélgica y no participó en la investigación, escribe en un correo electrónico a The Scientist. Subraya lo fundamental que es el LLPS para la vida celular y tal vez para su origen, añade.

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Los métodos tradicionales de microscopía han revelado agregaciones de proteínas que se sospecha que surgen por el LLPSso -llamada bacteria condensatesina, dice la química y biofísica Julie Biteen de la Universidad de Michigan, quien tampoco formó parte del equipo de investigación, pero comprender la mecánica de su formación y si son líquidos o sólidos ha sido un verdadero desafío, dice ella. Esto se debe en parte a que los condensados son solo marginalmente más grandes, si es que lo son, que el límite de difracción microscópico, la distancia mínima a la que dos objetos pueden verse separados o resueltos (alrededor de 200 nm para microscopios de fluorescencia). El nuevo documento es, por lo tanto, realmente importante. . . demostración de cómo se pueden utilizar imágenes de superresolución de última generación para estos problemas.

Los biofísicos Fan Bai de la Universidad de Pekín y Mark Leake de la Universidad de York habían demostrado previamente que las proteínas condensadas, que ellos llaman agresomas, se forman dentro de las células de Escherichia coli  cuando las bacterias están estresadas por un tratamiento con antibióticos o una reducción en la disponibilidad de ATP, una forma de energía molecular. En el último estudio del equipo, investigaron la dinámica de la formación de agresomas, así como su función.

Usando proteínas marcadas con fluorescencia que el equipo había demostrado previamente que se acumulan en los agresomas, los investigadores descubrieron que al agotarse el ATP, los agresomas se forman gradualmente durante varias horas, lo que normalmente da como resultado uno en cada extremo de la bacteria en forma de bastón. Con un tipo especial de microscopía de fluorescencia llamada seguimiento rápido superresuelto de una sola molécula, que sigue los movimientos de proteínas marcadas individuales, también demostraron que dentro de los agresomas las proteínas se difunden libremente de una manera que sugiere que se mueven a través de un entorno líquido. /p>Formación de agregados, como lo muestran las proteínas marcadas con fluorescencia (rojas y verdes), en una E. coli cell CORTESÍA DE MARK LEAKE, UNIVERSIDAD DE YORK

Evidencia adicional de que los agresomas son líquidos proviene de experimentos que muestran que pueden disolverse con un solvente orgánico que no puede disolver sólidos y que las proteínas marcadas con fluorescencia se difunden desde la mitad de un agresivo con el otro. Además, las simulaciones por computadora mostraron, entre otras cosas, que en lugar de ser un proceso activo, no se requirió aporte de energía para la formación agresiva, es decir, los grumos de proteínas se desarrollan en equilibrio térmico, dice Leake, lo que es indicativo de un verdadero LLPS.

Aunque el equipo aún no sabe cómo se forman los agresomas, sospechan que podría tener algo que ver con la propia ATP. La molécula es un hidrotropo, explica Leake, lo que significa que tiene la capacidad de hacer que las moléculas hidrofóbicas, incluidas algunas proteínas, sean solubles en ambientes acuosos. Por lo tanto, su agotamiento podría incitar a las proteínas hidrofóbicas a unirse.

Independientemente del mecanismo, el principal hallazgo de nuestro artículo es mostrar que en los agresomas las proteínas tienden a permanecer juntas pero no rígidamente juntas. Todavía muestran un cierto grado de movimiento. Es por eso que lo llamamos una gota de proteína líquida, no una bola de proteína sólida, escribe Bai en un correo electrónico a The Scientist.

Entonces, ¿por qué importa si un agresivo es ¿Sólido o líquido?

Te informa sobre cómo se forman y qué tipo de interacciones moleculares los impulsan a ensamblarse, dice Stephanie Weber de la Universidad McGill, quien estudia la organización espacial de las células y no participó en la investigación. Si fueran sólidos, serían menos dinámicos, lo que limitaría los tipos de interacciones o reacciones que podrían realizar las proteínas dentro de ellos, explica. Además, en comparación con las estructuras sólidas, las gotas líquidas pueden formarse y disolverse rápidamente, explica Leake, por lo que para las bacterias que viven rápido, se replican rápido y pueden experimentar cambios repentinos en su entorno, como antibióticos u otras formas de estrés, esto podría ser una solución inteligente. estrategia para alinearse con la escala de tiempo de su entorno que cambia rápidamente.

El equipo continuó demostrando que estos agresomas no eran exclusivos de E. coli, que se formó en respuesta a la reducción de ATP en otras ocho especies de bacterias gram negativas, y que los agresomas promovieron la supervivencia celular. Mutante E. coli que no pudieron formar agresomas (encontrados mediante el análisis de una biblioteca de cepas mutantes), pero cuya viabilidad aparentemente no se vio afectada, tuvieron una supervivencia más pobre cuando se agotó el ATP en comparación con los controles. Además, debido a que las mutaciones solo afectaron la formación de agresomas y no la erradicaron por completo, el equipo pudo ver que si [una célula mutante] tenía agresomas observables, tenían más probabilidades de sobrevivir que aquellas que no los tenían, dice Leake.

Mostrar no solo que los condensados se forman en las bacterias, sino que tienen un efecto funcional sobre la supervivencia y la resistencia al estrés, creo que es realmente emocionante, dice Weber. Sin embargo, además de descubrir el mecanismo que desencadena el LLPS, sería clave saber exactamente qué proteínas están contenidas dentro de las gotas líquidas, dice ella. Esa es la pregunta del millón.