Mi pasado de bióloga estructural, que es algo que queda ahí para el resto de la vida, hace que yo siga leyendo con mucho interés todos los artículos con estructuras interesantes que se publican. Entre todos ellos, aquellos que hablan de sistemas de secreción o similares llaman más mi atención. Esto es porque tienen cierta relación con los fagos, que es lejana pero está ahí. Y de rebote, me interesa el flagelo bacteriano, o mejor dicho, su motor.
Una chiquilla me decía hace no mucho que el flagelo bacteriano es eso que es como un pelo, pero largo y que hace que la bacteria se puede mover mucho. En cambio, según ella, los cilios son los pelitos que son cortos pero muchos. La realidad es que el flagelo es bastante más gordo que un pelo, eso o la bacteria tiene el pelo muy gordo. Pero la explicación nos vale. El flagelo bacteriano es una estructura que presentan algunas bacterias y que les permite desplazarse. Y en nuestra cabeza suele tener el aspecto del flagelo de un espermatozoide.
El flagelo es muy complejo
Si el propio flagelo ya está compuesto por varias proteínas y además sirve para comunicarse con el medio, lo de la junta ya es otro tema. Y es que sí, los flagelos sirven para moverse, pero también detectan sustancias que están presentes en el medio, y en algunos casos pueden captarlas. Hay bacteriófagos que se unen de forma (casi) exclusiva al flagelo, y además por ahí se hace mucho intercambio de ADN. Si lo de intercambiar ADN os ha sonado raro… que no suene de ninguna forma, porque efectivamente de él depende también el sexo de las bacterias, aunque el suyo funciona de otra forma, nada que ver con nuestra historia.
Pero como decía, si el flagelo es complejo, el punto en el que se une a la célula lo es muchísimo más, ya que ahí se encuentra el motor que va a permitir que el flagelo se mueva, y que a la ver permite el paso de sustancias entre el flagelo y el resto de la célula. Ese motor se va a mover a varios cientos de revoluciones por minuto, y eso se va a transmitir al resto del flagelo para acabar generando esa imagen que todos tenemos ahora en la cabeza de la colita moviéndose a toda velocidad. ¿Y cómo ocurre todo eso? Buena pregunta.
La estructura del (motor del) flagelo
Durante muchos años se han estudiado proteínas sueltas o pequeños complejos de proteínas tanto del flagelo como de su motor, del eje o del codo que lo une al resto. Pero aunque tuviésemos muchos fragmentos, eso limita la interpretación. Hasta hace muy poco se tenían imágenes con poca resolución del conjunto y estructuras puntuales a buena resolución.
En un reciente trabajo, un grupo de investigadores en China ha logrado obtener la estructura atómica por criomicroscopía electrónica de todo el complejo. 175 subunidades. El trabajo se puede consultar aquí: Structural basis of assembly and torque transmission of the bacterial flagellar motor
¿Y esto como se hace?
Uno de los trucos utilizado por los autores del trabajo ha sido eliminar el flagelo, para que las proteínas que lo conforman no formasen los filamentos que podían alterar su capacidad para analizar los resultados. Así, su flagelo es una versión reducida en la que tenemos las proteínas que forman toda esa maquinaria, pero que después no tienen el filamento. Aunque esto puede alterar ligeramente alguna de las posiciones, es una buena estrategia. El organismo que utilizaron fue Salmonella enterica Typhimurium, cuyo flagelo ha sido motivo de estudio para otros grupos.
Por otra parte, para poder analizar algo de tal tamaño, han ido por partes. Enmascarando algunas partes y teniendo en cuenta la simetría de otras. Y comparando lo obtenido con estructuras que ya estaban disponibles previamente. Así, poco a poco, han podido describir las estructuras de las diferentes partes a una resolución suficiente como para analizar detalles antes desconocidos.
¿Y qué han visto?
Obviamente han visto muchos detalles y muchas interacciones entre proteínas, pero uno de los aspectos a destacar es cómo algunas subunidades se entrecruzan entre ellas. Así, aunque el conjunto sea aparentemente algo muy rígido, permite transmitir la señal del movimiento. Y es que en un conjunto que tiene que moverse tan rápido, es fundamental que nada falle y todo sea sólido como una roca a la vez que flexible.
Con tan solo pequeños cambios en la posición de una parte pequeña de algunas proteínas es más que suficiente para que todo el conjunto se vaya moviendo al unísono, que gire y permita que la bacteria avance.
¿De dónde sale el flagelo bacteriano?
No todas las bacterias tienen flagelo. Y como decía al principio, es algo similar a la cola de un bacteriófago, y también a los sistemas de secreción de otras bacterias. Son elementos similares, pero no iguales. Son mecanismos tan complejos que solo pueden haber aparecido como resultados de miles de años de evolución, al igual que otros mecanismos en nuestro cuerpo todavía más complejos.
Aunque se quiera ver en ellos la mano de alguien que los ha diseñado a propósito, la realidad es que cuando conseguimos verlos a este nivel de detalle vemos que, aunque el conjunto sea muy complejo, todo acaba destacando por su gran sencillez. La posición de un lazo con unos cuantos aminoácidos puede resultar fundamental para la supervivencia de toda su especie.
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