Investigadores del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) en el Centro Nacional de Biotecnología (CNB-CSIC) han identificado un nuevo mecanismo molecular implicado en morfogénesis bacteriana que podría servir como diana efectiva para el tratamiento de las infecciones persistentes intracelulares por Salmonella. Los resultados de este trabajo se publican en la revista Communications Biology.
Las infecciones por Salmonella enterica son un grave problema de salud tanto para la población como como para la industria ganadera. Además de producir infecciones en el tracto digestivo, estas bacterias son capaces de persistir en compartimentos intracelulares llamados fagosomas, donde las condiciones fisiológicas son diferentes, hay un pH ácido y los antibióticos comúnmente utilizados son poco eficaces. A diferencia de algunas bacterias patógenas que alteran su forma en el hospedador dificultando su ingestión por células de defensa, estos investigadores demuestran que Salmonella mantiene su forma bacilar ("de varilla") durante la infección. La morfogénesis celular es un proceso altamente regulado y dependiente de la estructura del peptidoglicano, un polímero que, a modo de "corset", cubre por entero la célula y, además de proteger su integridad , la dota de una forma concreta.
Francisco García del Portillo, investigador del CNB-CSIC explica “en bacilos como Escherichia coli y Bacillus subtilis, existen dos sistemas que se coordinan entre sí para sintetizar peptidoglicano y dotar una forma celular precisa. Cada uno de estos sistemas se controlan por una enzima que inserta nuevo material en el peptidoglicano con una topología o direccionalidad concreta. En el caso de E. coli, estas enzimas son las "proteínas fijadoras de penicilina" (PBPs) 2 y 3 (PBP2 y PBP3). Su importancia fisiológica explica por qué los antibióticos beta-lactámicos más eficaces son aquellos que las bloquean, ya que su inhibición resulta en pérdida de la forma e integridad celular.”
El nuevo estudio realizado por los investigadores del CNB-CSIC rompe con la idea de que en bacterias con forma bacilar hay un único sistema que promueve la elongación del peptidoglicano. Así, se demuestra que Salmonella tiene PBPs que se ensamblan en dos sistemas de elongación independientes, actuando cada uno de estos sistemas en distintas condiciones ambientales.
Sónia Castanheira, investigadora del CNB-CSIC destaca sus resultados: “En Salmonella hay dos tipos de PBP2, una PBP2 similar a la de E. coli y la PBP2SAL, esta última ausente en E. coli y en bacterias de nuestra microbiota. Cada una de ellas se ha especializado para actuar bien fuera de la célula hospedadora a pH neutro (PBP2) o dentro del fagosoma acídico donde reside el patógeno en la infección intracelular (PBP2SAL). Además, nuestros resultados demuestran que el sistema de elongación controlado por PBP2SAL se mueve a menor velocidad que el que dirige la PBP2. Este dato sugiere que podría haber un acoplamiento del sistema morfogénetico controlado por PBP2SAL con la velocidad de crecimiento de la membrana del compartimento fagosomal, evitando así su rotura y por tanto manteniéndose la persistencia prolongada del patógeno en ese ambiente en el que no encuentra bacterias competidoras”.
La función de PBPs morfogenéticas alternativas no se había definido con anterioridad y sorprende que dicha especialización en respuesta a determinados ambientes se dirija, como es el caso de Salmonella, a mantener una misma forma celular. Estas observaciones apuntan a que la forma celular “importa”, no es casual, y que determinadas bacterias han evolucionado adquiriendo proteínas adicionales para garantizar la conservación de la forma cuando se adaptan a ambientes tan particulares como el fagosoma ácido de la célula eucariota.
El hecho de que estas PBPs morfogéneticas alternativas que Salmonella utiliza en el ambiente intracelular no existan en bacterias beneficiosas de nuestra microbiota, abre nuevas vías de terapia antimicrobiana selectiva para erradicar la infección en su fase intracelular. En el caso de Salmonella y su propensión a persistir intracelularmente, un antibiótico que inhiba específicamente las PBPs alternativas sería de gran utilidad para impedir recidivas y disminuir la transmisión de este patógeno entre hospedadores (animales y humanos), los alimentos y el ambiente.
Referencia científica: S Castanheira, F García-del Portillo Evidence of two differentially regulated elongasomes in Salmonella. Communications Biology 2023, DOI: https://doi.org/10.1038/s42003-023-05308-w
Más información: CSIC Comunicación
Imagen: Imagen obtenida por microscopía de fluorescencia de Salmonella enterica utilizando el sistema de morfogénesis que se activa en el ambiente intracelular. Sónia Castanheira/CNB-CSIC
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