Las estructuras bacterianas en forma de jeringa a nanoescala podrían usarse para administrar fármacos novedosos

Al raspar los gusanos tubulares del fondo de los barcos en el puerto de San Diego para estudiarlos, Los investigadores de la Universidad Estatal de San Diego descubrieron que una bacteria beneficiosa que los ayuda a establecer colonias también podría ser una bendición para la salud humana. porque el mismo proceso podría tener lugar ya en el intestino humano.

Al examinar esta bacteria que causa la metamorfosis en el humilde gusano tubular, Los microbiólogos marinos de SDSU descubrieron que las estructuras en forma de jeringa a nanoescala producidas por ella, una estructura apodada la Estrella de la Muerte por el efecto que tiene, podrían usarse en el futuro para administrar nuevas terapias o vacunas a células y tejidos específicos en humanos.

Gusanos de tubo ( Hydroides elegans ) son pequeñas criaturas marinas con caparazones duros que causan muchos problemas y pérdidas económicas a los propietarios de embarcaciones. Se adhieren al fondo de los barcos y forman capas crujientes de pulgadas de espesor, y también atraen a otros invertebrados como percebes que luego se forman encima de ellos. Esta llamada "bioincrustación" conduce a un peso adicional y un mayor consumo de combustible. Entonces, todos, desde la Marina de los EE. UU. hasta la industria del transporte marítimo y la construcción de embarcaciones, están interesados ​​en saber cómo lo hacen y qué se puede hacer para evitar que suceda.

La investigación marina condujo a un descubrimiento significativo

Nicholas Shikuma con SDSU ha estado estudiando gusanos tubícolas durante varios años con estudiantes en su laboratorio, para comprender exactamente por qué se sienten atraídos por ciertos lugares del océano donde establecen colonias.

Investigaciones anteriores realizadas por otros mostraron que, al igual que los arrecifes de coral, erizos de mar y ascidias, los gusanos de tubo también necesitaban un entorno propicio para reproducirse, por lo que normalmente gravitaban hacia áreas con poblaciones saludables de bacterias como Pseudoalteromonas , una bacteria beneficiosa. Shikuma descubrió que la bacteria tiene estructuras contráctiles asociadas a la metamorfosis (MAC), estructuras en forma de jeringa que inyectan contenido en las larvas de los gusanos tubícolas. ayudando a transformarlo en gusanos juveniles.

Lo que él y sus colegas científicos no sabían era si los MAC estaban inyectando un bioquímico en el gusano tubular para provocar una metamorfosis y adherirse a los cascos de los barcos. El laboratorio de Shikuma utilizó imágenes de tomografía crioelectrónica para estudiar las estructuras y encontró matrices de sistemas de inyección en forma de estrella de la muerte. que son liberados por la bacteria.

Descubrieron que las estructuras de la jeringa contenían una nueva proteína efectora, Mif1, que regula la actividad biológica en el hospedador del gusano tubular, y es esta proteína la responsable de causar la metamorfosis.

Muchos patógenos producen estas estructuras de jeringas que generalmente causan enfermedades. Pero esta es la primera vez que descubrimos bacterias que usan la jeringa con un propósito simbiótico ".

Nicolás Shikuma, SDSU

Robar jeringas de fagos, pero por una buena causa

Los MAC se asemejan a estructuras de jeringas similares que se encuentran en los bacteriófagos (virus que infectan a las bacterias) y, con la evolución, las bacterias han 'robado' esta estructura de los fagos, y le he dado un buen uso.

"Los fagos suelen atacar a las bacterias con estas estructuras, pero en lugar de usarlo para infectar otras bacterias, los Pseudoalteromonas ahora lo usa para interactuar con otros animales, como gusanos de tubo, insectos y células de ratón, "Dijo Shikuma.

"Los MAC se crean cuando las bacterias se someten a la lisis celular, cuando las células explotan, y las bacterias que hacen esto mueren después, así que es casi como altruismo porque beneficia al resto de la población bacteriana ".

No todas las bacterias de esta cepa producen los MAC, solo uno de cada 50 lo hace, pero como podemos producir billones de estas bacterias, el suministro no será un problema y más de ellos pueden diseñarse para producir MAC, él explicó.

Los hallazgos se publicarán el 17 de septiembre en eLife diario, y seguir los pasos de una publicación reciente del laboratorio de Shikuma que se publicó en Informes de celda en junio de este año, que analizó cómo esta bacteria interactúa in vitro con células de insectos y ratones. Ese documento mostró cómo las estructuras microscópicas de las jeringas podrían modificarse con cargas útiles que potencialmente podrían transportar terapias o vacunas.

Shikuma ha obtenido una patente provisional por los hallazgos en ambos artículos, sobre el uso de MAC para suministrar proteínas modificadas. Como siguiente paso, La investigación actual en su laboratorio implica la extracción de datos del Proyecto de Microbioma Humano para ver si los humanos tenemos esta misma estructura de jeringa bacteriana en nuestras entrañas que se puede aprovechar para la terapéutica.

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