2012-09-16

El embrague molecular del flagelo de Bacillus Subtilis —Jonathan McLatchie



Previamente he delineado algunos de los mecanismos principales que ciñen la construcción del flagelo, y del proceso brillante de la quimiotaxis  bacteriana a través del cual la bacteria cambia de dirección en respuesta a señales químicas. Hay, por supuesto, una gran cantidad de variantes en esos sistemas. Si llegaste a la conclusión de que estos mecanismos sorprendentes tienen un enorme parecido a los sistemas inteligentes de la ingeniería, te va a apasionar el embrague molecular de Bacillus subtilis (ilustrado más arriba), reportado por Blair et al. (2008).

Bacillus subtilis es un organismo capaz de formar una biopelícula. Una biopelícula es un agregado de bacterias resistente a antibióticos que se encuentra embebido en una matriz de sustancias poliméricas extracelulares (EPS) como proteínas y polisacáridos, en la cual los microorganismos se adhieren unos a otros. En una biopelícula la motilidad de una bacteria queda desactivada. Esto hace surgir la pregunta sobre cómo se lleva a cabo esta inhibición de la motilidad. Como explica el autor:


"El flagelo es una maquina molecular compleja, resistente y costosa, y simplemente desviar la síntesis de flagelo no detiene necesariamente la motilidad. Una vez que los genes que expresan la síntesis flagelar son desactivados se requieren múltiples rondas de división celular desde que el flagelo preexistente es sintetizado hasta que este se extingue en las células hijas. En contraste, el embrague requiere la síntesis de una única proteína para inhibir la motilidad. Además, si se aborta prematuramente la formación de la biopelícula, el flagelo que una vez estuvo deshabilitado puede reactivarse, junto con la síntesis de componentes flagelares. Mientras que la expresión génica y ensamblaje del flagelo son lentos y complejos, el control del embrague es simple, rápido y potencialmente reversible."

¿Qué determina si el motor de un auto se encuentra o no conectado a los componentes que hacen girar las ruedas del vehículo? La respuesta es el embrague, el cual garantiza de que el motor y el engranaje se encuentren desacoplados. En el flagelo de Bacillus Subtilis, el análogo al embrague de un auto es una proteína denominada EpsE, para la cual interviene el mismo operón que controla los genes necesarios para la formación de EPS. La EpsE hace contacto con el rotor del flagelo (la estructura que gira dentro del estator). La proteína que se encuentra polimerizada dentro del rotor se denomina FliG. Las subunidades de FliG convierten la energía que proviene del flujo de protones en la energía rotacional propia del flagelo. Cuando la EpsE interactua con FliG, se genera un cambio conformacional, que causa una desviación tal que el rotor queda desacoplado del motor protónico del flagelo. Guttenplan et al. (2010) reportó que la EpsE tiene dos funciones: “interactúa con el rotor del flagelo para inhibir la motilidad y también coopera con otras enzimas en la síntesis de matriz de EPS”.  

Un post de noticias alusivas afirma:


"El descubrimiento podría darle a los nanotecnólogos ideas acerca de cómo regular motores diminutos de su propia creación. El flagelo es uno de los motores más pequeños y poderosos de la naturaleza – uno como esos sintetizado por B. subtilis puede rotar más de 200 veces por segundo, accionado por un impulso rotativo de 1400 piconewton-nms. Es una gran cantidad de caballos de fuerza para una máquina con solo unos nms de ancho.

“Me parece algo genial que la bacteria en evolución y los ingenieros humanos hayan llegado a una solución similar para el mismo problema,” decía Daniel Kearns biólogo de la Indiana University Bloomington, quien dirigió el proyecto. “¿Cómo detendrías temporalmente un motor una vez que se ha puesto en marcha?”"
 Por supuesto, desde el punto de vista del diseño inteligente, no es misterioso en nada que un embrague bacteriano controle sistemas paralelos a aquellos diseñados por ingenieros humanos. Vacilaría si denominar a este sistema una “complejidad irreductible” (es relativamente simple y la única enzima implicada tiene dos funciones diferentes). Pero esto no debe evitar que consideres este sistema en términos de complejidad especificada. Como explica David Tyler en su blog:


"La medida de la complejidad se encuentra en la extraordinaria conformación de la proteína EpsE y su habilidad de engancharse con la proteína que transmite el impulso de rotación haciendo que este poder ya no se transmita más".  

A su vez, este sistema necesita trabajar en cooperación con un mecanismo que desembrague y reconecte el motor. Cuanto más aprende uno acerca de los principios de ingeniería involucrados en los sistemas biológicos, más evidencia lo lleva a concluir de que estamos tratando con sistemas verdaderamente diseñados.

Autor: Jonathan McLatchie – Tiene un  MRes en biología evolutiva y sistematica de la Universidad de Glasgow. Actualmente es redactor de Evolution News and Views.

Traductor: Daniel Alonso - Estudia Licenciatura en Ciencias Biológicas en UNT, Argentina. 


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