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# Biología# Microbiología

Las Batallas Bacterianas: T6SS y Toxinas

Examinando cómo las bacterias usan toxinas en su lucha por sobrevivir.

Mark Reglinski, Quenton W. Hurst, David J. Williams, Marek Gierlinski, Alp Tegin Şahin, Katharine Mathers, Adam Ostrowski, Megan Bergkessel, Ulrich Zachariae, Samantha J. Pitt, Sarah J. Coulthurst

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Las bacterias son criaturas diminutas que viven a nuestro alrededor, a menudo en grupos. Al igual que en una ciudad llena de gente, tienen que luchar por comida, espacio y recursos. Una de las formas en que compiten es usando herramientas especiales llamadas toxinas. Estas toxinas son como armas que las bacterias disparan a sus vecinas para sacarlas del juego. Uno de los jugadores interesantes en esta mafia bacteriana es el sistema de secreción tipo VI, o T6SS para abreviar.

¿Qué es el T6SS?

Piensa en el T6SS como una pistola de agua de alta tecnología para bacterias, pero en lugar de agua, lanza toxinas. Este sistema es especialmente común en bacterias Gram-negativas. Cuando una bacteria ve a otra cerca, puede usar este sistema para disparar toxinas directamente a su rival. Esto hace que sea muy buena para eliminar a sus vecinas. El T6SS tiene muchas partes que trabajan juntas como una pequeña fábrica, preparando las toxinas y lanzándolas al enemigo.

El Dúo Dinámico: Ssp4 y Ssp6

Entre las muchas toxinas que fabrican las bacterias, Ssp4 y Ssp6 son dos de las más interesantes. Estos dos son como un dúo de superhéroes, pero en lugar de salvar el día, están causando problemas para otras bacterias. Forman lo que se llama poros (pequeños agujeros) en las membranas de las bacterias objetivo, causando caos y llevando a su eventual desaparición.

Ssp4 es un recién llegado y es bastante diferente de Ssp6, aunque ambos hacen cosas similares. Mientras que Ssp6 parece tener un rango de especies objetivo muy limitado, Ssp4 es más versátil. Piensa en Ssp4 como el extrovertido en una fiesta, mezclándose y causando diversión donde quiera que va.

Poros: El Secreto del Éxito de Ssp4

¿Cómo funcionan estas toxinas? Imagina que la membrana de una bacteria es como un portero en un club, dejando entrar solo a los invitados correctos. Cuando Ssp4 y Ssp6 son entregados a su objetivo, forman estos poros. Estos agujeros permiten que cosas pasen dentro y fuera. Esto interrumpe el equilibrio (llamado potencial de membrana) dentro de la célula bacteriana, llevando a confusión y fallo en sus funciones. Es como si el portero del club se quedara dormido, y todo se descontrola mientras la gente entra y sale.

Los Poderes Especiales de Ssp4

Ssp4 tiene muchos trucos bajo la manga. No solo crea cualquier poro; crea poros específicos que son selectivos sobre lo que dejan entrar. Los estudios muestran que Ssp4 prefiere dejar entrar iones cargados positivamente (como el sodio) en lugar de los cargados negativamente (como el cloruro). Esta preferencia puede llevar a aún más caos para las bacterias objetivo.

Además, cuando Ssp4 causa caos en las bacterias objetivo, lleva a un aumento de algo llamado Especies Reactivas de Oxígeno, o ROS. Piensa en ROS como el pánico que se desata cuando todos en el club se dan cuenta de que el portero se ha ido. Es una situación de emergencia que puede causar daño celular significativo.

T6SS: No Solo se Trata de Ssp4 y Ssp6

Mientras que Ssp4 y Ssp6 atraen mucha atención, no son las únicas toxinas en el kit de herramientas del T6SS. Hay varias otras toxinas, cada una con roles específicos en el paisaje de la competencia bacteriana. Algunas cortan la pared celular de las bacterias rivales, mientras que otras interfieren con su ADN o proteínas. Es como un conjunto de herramientas en una caja, cada una diseñada para un trabajo diferente.

Estas diversas toxinas pueden trabajar juntas, creando una sinergia que mejora la supervivencia bacteriana. Imagina un equipo de superhéroes, cada uno con sus propios poderes únicos, trabajando juntos para derribar a los villanos.

El Poder del Trabajo en Equipo en la Competencia Bacteriana

Las bacterias trabajan en conjunto cuando se trata de utilizar el T6SS. La presencia de varias toxinas significa que si una toxina falla, otra puede intervenir. Por ejemplo, si Ssp6 no funciona en un cierto tipo de bacteria, Ssp4 podría hacer el truco. Esto hace que la competencia entre bacterias sea más complicada e interesante.

El hecho de que diferentes bacterias tengan diferentes toxinas podría explicar por qué algunas pueden sobrevivir mejor que otras en ciertos entornos. Es como un juego de piedra, papel o tijera, donde el ganador no se determina solo por las elecciones individuales, sino por las habilidades generales y la dinámica del equipo.

Serratia Marcescens: Conoce al Villano Bacteriano

Entre los muchos jugadores en el escenario bacteriano, Serratia marcescens es un particularmente notorio. Es como ese personaje rebelde en una película - el villano que siempre tiene un plan. Esta bacteria se encuentra a menudo acechando en hospitales y es conocida por causar infecciones, especialmente cuando se las arregla para burlar a los antibióticos. Su T6SS está bien estudiado y ha mostrado una potente actividad antibacteriana y antifúngica.

El Arsenal de T6SS en Serratia marcescens

Serratia marcescens tiene un arsenal bien abastecido de toxinas entregadas a través del T6SS. Además de Ssp4 y Ssp6, también tiene otras armas secretas como amidazas de peptidoglucano y DNasas. Estas toxinas atacan diferentes partes de las bacterias rivales, lo que permite a Serratia marcescens ser un oponente formidable en el campo de batalla bacteriano.

Los Secretos de Ssp4: ¿Qué lo Hace Funcionar?

Cuando los investigadores miraron más de cerca a Ssp4, encontraron que forma poros específicos en las membranas de sus víctimas. Esta capacidad de formación de poros ha llevado al descubrimiento de una nueva familia de toxinas. La estructura de Ssp4 le permite perforar las membranas bacterianas, causando caos desde el interior. Esta capacidad de formar poros es lo que distingue a Ssp4 de muchas otras toxinas.

Además, un modelo molecular sugiere que Ssp4 forma estas estructuras de poro como un grupo de cuatro moléculas. Cuando se entregan a una célula objetivo, estas cuatro se unen para crear un arma más grande y efectiva que si actuaran solas.

El Papel de la Proteína Inmune Sip4

Al igual que los superhéroes a menudo tienen compañeros, Ssp4 tiene un socio llamado Sip4. Esta proteína de inmunidad actúa como un escudo para Ssp4, asegurándose de que no dañe a las bacterias amigables. Sip4 se mantiene cerca de Ssp4 y se une a él para neutralizar su efecto cuando es necesario. Este mecanismo de protección destaca cómo las bacterias pueden evolucionar estrategias para atacar a los rivales y defenderse al mismo tiempo.

El Panorama General: Guerra Bacteriana

Estas batallas bacterianas pueden parecer pequeñas, pero juegan un papel significativo en el ecosistema más amplio. La constante lucha por la supervivencia lleva a la evolución de nuevos rasgos bacterianos. A medida que las bacterias descubren nuevas formas de atacarse entre sí, también desarrollan defensas más fuertes, resultando en una carrera armamentista en constante evolución.

Esta batalla entre el bien y el mal (o más bien, entre las bacterias amistosas y las rivales) es una gran parte de lo que forma nuestros microbiomas. Entender estas interacciones también puede ayudar a los investigadores a desarrollar nuevos antibióticos que puedan combatir cepas resistentes a los antibióticos.

El Giro Inesperado: Especies Reactivas de Oxígeno

Uno de los hallazgos más sorprendentes es que Ssp4 puede desencadenar un aumento en las especies reactivas de oxígeno (ROS) en las células objetivo. Esto es como activar una alarma contra incendios en un edificio lleno de gente - podría llevar al pánico y caos. La producción de ROS puede dañar el ADN, las proteínas y las grasas de la bacteria, agravando su lucha por la supervivencia.

Curiosamente, no todas las toxinas causan esta reacción. Ssp6, por ejemplo, no desencadena un aumento notable en los niveles de ROS cuando ataca. Esta diferencia añade otra capa a la historia de competencia bacteriana, mostrando que no todas las toxinas funcionan de la misma manera o tienen los mismos efectos.

Cómo se Adaptan las Bacterias: Supervivencia del Más Fuerte

A medida que las bacterias evolucionan, también encuentran formas de resistir los ataques de sus rivales. Algunas bacterias pueden desarrollar cambios en sus membranas, dificultando que las toxinas formen poros. Otras pueden obtener proteínas de inmunidad como Sip4 para protegerse de los ataques.

En este mundo bacteriano, el nombre del juego es adaptación. La especie que pueda ajustar sus rasgos para sobrevivir más tiempo prosperará, al igual que en la naturaleza.

Mutaciones: El As Bajo la Manga en las Estrategias Bacterianas

En su mundo competitivo, las bacterias también pueden mutar, llevando a resultados inesperados. Por ejemplo, una pequeña mutación podría hacer que una bacteria sea resistente al ataque de Ssp4. Usando un método llamado Tn-seq, los investigadores pueden identificar qué genes en una población bacteriana están relacionados con la supervivencia. Esto les ayuda a comprender los mecanismos ocultos que las bacterias utilizan para mantenerse vivas.

El Poder de los Factores Ambientales

El ambiente juega un papel enorme en esta rivalidad bacteriana. Ciertos factores como la temperatura, el pH y los nutrientes disponibles pueden afectar cómo se comportan las bacterias. Es como un juego de ajedrez donde el tablero cambia de forma y tamaño dependiendo del clima u otras condiciones ambientales.

Cuando las condiciones son adecuadas, las bacterias pueden prosperar. Pero cuando están estresadas, como estar bajo ataque por una toxina, deben adaptarse rápidamente para sobrevivir. Este cambio constante crea un ambiente dinámico donde las bacterias luchan por la dominancia.

Ssp4: Un Nuevo Héroe en el Mundo de las Toxinas

El descubrimiento de Ssp4 ha sido un cambio de juego en cómo los científicos ven las toxinas bacterianas. Esta toxina demuestra que las bacterias no solo dependen de una o dos armas. Tienen todo un arsenal y usan diferentes estrategias según sus rivales.

Los científicos se han dado cuenta de que entender el rango completo de toxinas bacterianas puede revelar nuevas formas de combatir infecciones. Cuanto más aprendan sobre estos mecanismos, mejor preparados estarán para encontrar soluciones a las infecciones bacterianas obstinadas.

Conclusión: La Historia Continua de las Bacterias

El mundo de las bacterias es mucho más complejo de lo que parece. Sus batallas por la supervivencia, ayudadas por armas sofisticadas como el T6SS y toxinas como Ssp4 y Ssp6, continúan descubriendo nuevos secretos. A medida que los investigadores profundizan en esta guerra microscópica, no solo obtienen información sobre el comportamiento bacteriano, sino que también encuentran caminos potenciales para desarrollar mejores tratamientos.

Así que, la próxima vez que escuches sobre infecciones bacterianas, solo recuerda que no es solo una batalla de gérmenes. Es una historia mucho más grande llena de estrategia, evolución y, sí, un poco de drama. ¡Las bacterias pueden ser pequeñas, pero su mundo no es nada pequeño!

Fuente original

Título: A widely-occurring family of pore-forming effectors broadens the impact of the Serratia Type VI secretion system

Resumen: The ability to compete with diverse competitors is essential for bacteria to succeed in microbial communities. A widespread strategy for inter-bacterial competition is the delivery of antibacterial toxins, or effector proteins, directly into rival cells using the Type VI secretion system (T6SS). Whilst a large number of broad-spectrum enzymatic T6SS effectors have been described, relatively few which form pores in target cell membranes have been reported. Here, we describe a widely-occurring new family of T6SS-dependent pore-forming effectors, exemplified by Ssp4 of Serratia marcescens Db10. We show in vitro that Ssp4 forms regulated pores that have higher selectivity for cations and use molecular dynamics simulations to support a high resolution structural model of a tetrameric membrane pore formed by Ssp4. Notably, Ssp4 displays a distinct ion selectivity, phylogenetic distribution and impact on intoxicated cells compared with Ssp6, the other cation-selective pore-forming toxin delivered by the same T6SS. Ssp4 is also active against a wider range of target species than Ssp6, highlighting that T6SS effectors are not always broad-spectrum. Finally, use of Tn-seq to identify Ssp4-resistant mutants reveals that a mucA mutant of Pseudomonas fluorescens, which overproduces extracellular polysaccharide, provides resistance to T6SS attacks. We conclude that possession of two distinct T6SS-dependent pore-forming toxins may be a common strategy to ensure effective de-energisation of closely- and distantly-related competitors.

Autores: Mark Reglinski, Quenton W. Hurst, David J. Williams, Marek Gierlinski, Alp Tegin Şahin, Katharine Mathers, Adam Ostrowski, Megan Bergkessel, Ulrich Zachariae, Samantha J. Pitt, Sarah J. Coulthurst

Última actualización: Nov 27, 2024

Idioma: English

Fuente URL: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.11.27.625605

Fuente PDF: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.11.27.625605.full.pdf

Licencia: https://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0/

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