MADRID 6 May. (EUROPA PRESS) -
Un grupo de investigadores de la Universidad Autónoma de Madrid (UAM), la Universidad Complutense de Madrid (UCM) y el King's College de Londres (Reino Unido) ha desvelado cómo las bacterias perciben fuerzas mecánicas para decidir cuándo colonizar un huésped.
Los investigadores, que han publicado sus hallazgos en 'Life Science Alliance', han analizado cómo las fuerzas mecánicas afectan a PilY1, una proteína de la bacteria 'Pseudomonas aeruginosa' que actúa como sensor molecular y desempeña un papel crucial en la colonización de superficies.
Mediante el uso de pinzas magnéticas de molécula individual, el equipo examinó cómo las fuerzas físicas, junto con la unión de ciertas moléculas (ligandos), modulan el comportamiento dinámico de PilY1, y cómo esto podría influir en la capacidad de la bacteria para colonizar tejidos y provocar infecciones.
En este punto, los investigadores explican que las bacterias son capaces de percibir y responder a señales mecánicas de su entorno, una habilidad que les permite decidir si colonizan o no una superficie. Esta decisión implica una transición de un estilo de vida libre a uno adherido a un sustrato, activando comportamientos relacionados con la formación de comunidades bacterianas (biopelículas).
En el caso de 'P. aeruginosa', cuando la superficie colonizada es un tejido del huésped, como el epitelio respiratorio, este proceso suele marcar el inicio de una infección. Durante la colonización, la bacteria utiliza filamentos largos denominados pili tipo IV, esenciales para desplazarse sobre superficies (motilidad), adherirse, formar biopelículas y colonizar tejidos del hospedador.
En el extremo de estos filamentos se encuentra PilY1, que actúa como sensor mecánico y cumple funciones clave en la adhesión y la motilidad. Estas funciones dependen de su interacción con ligandos como la integrina, una proteína del epitelio respiratorio, y el calcio, que regula tanto la unión de PilY1 a la integrina como el movimiento de los pili durante el desplazamiento.
A lo largo del proceso de colonización, PilY1 está expuesta a fuerzas mecánicas de diferente intensidad. Estas fuerzas pueden modificar su estructura y función, afectando directamente la capacidad de la bacteria para adherirse y desplazarse. Hasta ahora, se desconocía cómo la unión de ligandos influía en la respuesta de PilY1 a estos estímulos mecánicos.
Según los investigadores, las pinzas magnéticas de molécula individual permiten aplicar fuerzas controladas, similares a las que se producen en el entorno fisiológico, sobre proteínas individuales. Esta técnica, explican, ofrece una visión precisa de los cambios estructurales de las proteínas, de sus propiedades mecánicas y de cómo otros factores, como los ligandos, alteran su estabilidad. Gracias a esta herramienta, los investigadores pudieron estudiar en detalle cómo la dinámica de PilY1 se ve afectada por las fuerzas mecánicas y la unión de ligandos.
UN SENSOR MECÁNICO CON RESPUESTA DUAL
Así, los hallazgos revelan que PilY1 responde de manera distinta según la intensidad de la fuerza aplicada. A fuerzas elevadas (superiores a 20 picoNewtons), la proteína, formada por varios dominios, se despliega en una secuencia jerárquica de estados intermedios, similar a una muñeca rusa o matriosca. En presencia de calcio, la estabilidad mecánica de PilY1 aumenta, lo que podría ayudarla a resistir las fuerzas de retracción de los pili tipo IV durante la motilidad sobre superficies.
Por otro lado, a fuerzas bajas (inferiores a 7 picoNewtons), el dominio de PilY1 encargado de unirse a integrinas sufre cambios estructurales rápidos y sutiles, un comportamiento típico de los sensores mecánicos. En este contexto, los investigadores lograron observar en tiempo real la unión y separación de integrinas a PilY1, reflejada en cambios en su extensión.
Esta investigación demuestra que PilY1 exhibe un comportamiento mecánico dual: sus funciones de adhesión y regulación de los pili se activan según la intensidad del estrés mecánico que experimenta la bacteria durante la colonización.
El estudio establece un vínculo directo entre la estructura y función de PilY1 frente a estímulos mecánicos, ampliando así el conocimiento sobre cómo las bacterias sienten y responden a su entorno físico. Además, proporciona información sobre los mecanismos moleculares implicados en la colonización e infección por 'P. aeruginosa', un patógeno de gran relevancia clínica.