Las bacterias se mueven hacia adelante enrollando apéndices largos y filiformes en formas de sacacorchos que funcionan como hélices improvisadas.
Científicos del Colegio de Virginia han resuelto un misterio de hace décadas.
Investigadores de la universidad de virginia La Facultad de Medicina y sus colegas han resuelto un misterio de larga data sobre cómo se transfieren E. coli y otros microorganismos.
Las bacterias avanzan enrollando sus largos apéndices filiformes en forma de sacacorchos, que funcionan como hélices improvisadas. Sin embargo, debido a que las “hélices” están hechas de una sola proteína, los expertos no saben con qué precisión lo hacen.
El caso ha sido resuelto por un equipo global encabezado por Edward H. Egelman, Ph.D. de UVA, un pionero en el tema de alta tecnología de microscopía crioelectrónica (crio-EM). Los investigadores utilizaron crio-EM y modelado portátil potente para revelar lo que ningún microscopio suave tradicional puede ver: la extraña construcción de esas hélices en el nivel de átomos individuales.
“Si bien existen modas desde hace 50 años sobre cómo estos filamentos podrían formar formas enrolladas tan comunes, ahora hemos decidido la construcción de esos filamentos en elementos atómicos”, dijo Egelman, de la División de Bioquímica y Genética Molecular de la UVA. “Podemos demostrar que estos modelos estaban equivocados, y nuestra nueva comprensión ayudará a allanar el camino para las ciencias aplicadas que podrían basarse principalmente en tales hélices en miniatura”.
Edward H. Egelman, Ph.D., de la Facultad de Medicina de la Universidad de Virginia, y sus colaboradores han utilizado microscopía crioelectrónica para revelar cómo se pueden transferir las bacterias, poniendo fin a un misterio de más de 50 años. El trabajo previo de imágenes de Egelman lo llevó a la célebre Academia Nacional de Ciencias, uno de los más altos honores que un científico puede obtener. Puntuación de crédito: Dan Addison | Facultad de Comunicaciones de Virginia
Planos para ‘Supercoils’ de Microorganismos
Las bacterias completamente diferentes tienen uno o varios apéndices comúnmente conocidos como flagelos o, en plural, flagelos. Un flagelo está formado por cientos de subunidades, todas ellas equivalentes. Pensarías que esa cola puede ser recta, o al menos algo flexible, pero podría evitar que la bacteria se mueva. Esto se debe al hecho de que tales formas no pueden generar empuje. Se requiere una hélice giratoria similar a un sacacorchos para maniobrar una bacteria hacia adelante. Los científicos llaman a la ocurrencia de esta forma “superenrollamiento”, y ahora saben cómo lo hacen las bacterias después de más de 50 años de investigación.
Egelman y sus colegas encontraron que la proteína que forma el flagelo puede existir en 11 estados completamente diferentes utilizando crio-EM. La forma de sacacorchos está formada por la mezcla precisa de esos estados.
Se ha reconocido que la hélice en las bacterias es algo diferente a las hélices similares utilizadas por los organismos unicelulares abundantes llamados arqueas. Las arqueas están presentes en algunos de los ambientes más altos de la Tierra, como en piscinas casi hirvientes de[{“>acid, the very bottom of the ocean and in petroleum deposits deep in the ground.
Egelman and colleagues used cryo-EM to examine the flagella of one form of archaea, Saccharolobus islandicus, and found that the protein forming its flagellum exists in 10 different states. While the details were quite different than what the researchers saw in bacteria, the result was the same, with the filaments forming regular corkscrews. They conclude that this is an example of “convergent evolution” – when nature arrives at similar solutions via very different means. This shows that even though bacteria and archaea’s propellers are similar in form and function, the organisms evolved those traits independently.
“As with birds, bats, and bees, which have all independently evolved wings for flying, the evolution of bacteria and archaea has converged on a similar solution for swimming in both,” said Egelman, whose prior imaging work saw him inducted into the National Academy of Sciences, one of the highest honors a scientist can receive. “Since these biological structures emerged on Earth billions of years ago, the 50 years that it has taken to understand them may not seem that long.”
Reference: “Convergent evolution in the supercoiling of prokaryotic flagellar filaments” by Mark A.B. Kreutzberger, Ravi R. Sonani, Junfeng Liu, Sharanya Chatterjee, Fengbin Wang, Amanda L. Sebastian, Priyanka Biswas, Cheryl Ewing, Weili Zheng, Frédéric Poly, Gad Frankel, B.F. Luisi, Chris R. Calladine, Mart Krupovic, Birgit E. Scharf and Edward H. Egelman, 2 September 2022, Cell.
DOI: 10.1016/j.cell.2022.08.009
The study was funded by the National Institutes of Health, the U.S. Navy, and Robert R. Wagner.
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