Al raspar los gusanos tubulares del fondo de los botes 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 ya podríatener lugar 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 jeringas a nanoescala producidas por ella, una estructura conocida como la Estrella de la Muerte por el efecto que tiene, podrían usarse en el futuropara entregar nuevas terapias o vacunas a células y tejidos específicos en humanos.
Gusanos tubulares Hydroides elegans son pequeñas criaturas marinas con conchas duras que causan muchos problemas y pérdidas económicas para los propietarios de embarcaciones y barcos.Se adhieren al fondo de los barcos y forman capas crujientes de centímetros de grosor, y también atraen a otros invertebrados como percebes que luego se forman encima de ellos.Este llamado 'biofouling' conduce a un peso adicional y a un mayor consumo de combustible.Por lo tanto, todos, desde la Marina de los EE. UU. Hasta la industria de la construcción de barcos y embarcaciones, están interesados en descubrir cómo hacen esto 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 tubulares durante varios años con estudiantes en su laboratorio, para entender exactamente por qué se sienten atraídos a ciertos lugares en el océano donde establecen colonias.
Investigaciones anteriores realizadas por otros mostraron que, al igual que los arrecifes de coral, los erizos de mar y los chorros de mar, los gusanos de tubo también necesitaban un entorno propicio para reproducirse, por lo que generalmente gravitaban en áreas con poblaciones saludables de bacterias Pseudoalteromonas , una bacteria beneficiosa. Shikuma descubrió que la bacteria tiene estructuras contráctiles asociadas a la metamorfosis MAC, estructuras similares a jeringas que inyectan contenido en las larvas de gusanos tubulares, ayudando a transformarlo en gusanos juveniles.
Lo que él y otros científicos no sabían era si los MAC estaban inyectando un bioquímico en el gusano tubular para causar metamorfosis y adherirse a los cascos de los botes. El laboratorio de Shikuma usó imágenes de tomografía de crioelectrones para estudiar las estructuras y encontró conjuntos de forma de estrella de la muertesistemas de inyección, 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 huésped del gusano tubular, y es esta proteína la responsable de causar la metamorfosis.
"Muchos patógenos producen estas estructuras de jeringas que típicamente causan enfermedades", dijo Shikuma. "Pero esta es la primera vez que descubrimos bacterias que usan la jeringa con un propósito simbiótico".
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 la han utilizado bien.
"Los fagos generalmente atacan a las bacterias con estas estructuras, pero en lugar de usarlo para infectar a otras bacterias, el Pseudoalteromonas ahora lo usa para interactuar con otros animales, como gusanos tubulares, insectos y células de ratones ", 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, por lo que es casi como un altruismo porque beneficia al resto de la población bacteriana".
No todas las bacterias en esta cepa producen los MAC, solo una de cada 50 lo hace, pero como podemos producir billones de estas bacterias, el suministro no será un problema y se pueden diseñar más para producir MAC, explicó.
Los resultados se publicarán el 17 de septiembre en eLife diario, y siga 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 las células de insectos y ratones. Ese documento mostró cómo las estructuras de la jeringa microscópica podrían modificarse con cargas útiles que podrían llevar terapias o vacunas.
Shikuma ha obtenido una patente provisional para los hallazgos en ambos documentos, sobre el uso de los MAC para entregar proteínas modificadas. Como siguiente paso, la investigación actual en su laboratorio involucra la extracción de datos del Proyecto del Microbioma Humano para ver si los humanos tenemos esto mismoestructura bacteriana de la jeringa en nuestros intestinos que puede aprovecharse para fines terapéuticos.
Esta investigación fue financiada por una subvención de la Oficina de Investigación Naval y una beca de investigación Sloan de la Fundación Alfred P. Sloan.
Shikuma y su equipo de estudiantes de posgrado y posgrado, incluidos Charles Ericson, Giselle Cavalcanti y Kyle Malter, trabajaron en colaboración con Robert Zeller, un biólogo de SDSU y los microbiólogos Dianne Newman con el Instituto de Tecnología de California y Martin Pilhofer en ETH ZurichSuiza.
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Materiales proporcionados por Universidad Estatal de San Diego . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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