En cierta ocasión un prestigioso biólogo me comentó que los humanos nos equivocamos al dirigir nuestros miedos hacia las grandes fieras, como leones, tigres, osos o panteras, incluso hacia las criaturas reptantes de lengua bífida o los traviesos roedores. A todos ellos los puedes ver venir, con lo que puedes poner pies en polvorosa. Sin embargo, existe una fauna invisible que actúa en el más absoluto silencio y que mata infinitamente más gente que todos los depredadores juntos. El virus de la gripe, la bacteria de la diarrea o el parásito de la malaria son claros ejemplos.
Esta variopinta fauna liliputiense ha desarrollado mecanismos harto ingeniosos para invadir a su huésped, colarse en sus células, eludir la resistencia del sistema inmunológico y multiplicarse lejos de cualquier peligro. Por ejemplo, los virus, formas entre la vida y lo inerte, disponen de trenes de aterrizaje para posarse sobre puntos específicos de las células e inyectan su material genético en su interior. Luego se apoderan de la maquinaria celular y la reconfiguran para que fabrique miles de copias de nuevos virus. Fascinante.
Las bacterias también se sirven de artimañas para colarse allí donde les convenga que sorprenderían a los estrategas militares. Si nos fijamos en las llamadas "gram negativas", entre las que se cuentan los microbios causantes de intoxicaciones alimentarias, la tos ferina y la peste bubónica, disponen de una jeringuilla molecular con la que perforan la célula huésped e inyectan un chorro de proteínas ponzoñosas que se apoderan de la maquinaria celular.
Por primera vez, un grupo de investigadores del Instituto Médico Howard Hughes, en EEUU, ha tomado una imagen atómica detallada de la gran base de la jeringa, que tiene forma de anillo y aparece incrustada en la membrana de estas bacterias. La foto microbiana, que aparece publicada en la revista Nature, supone un importantísimo avance científico, ya que abre nuevas posibilidades para atacar selectivamente un grupo de bacterias causantes de enfermedades en humanos.
Cuentan con este arma agentes patógenos tales como la escherichia coli, que contamina los alimentos; la pseudomonas, que causa infecciones peligrosas en los pulmones de personas con fibrosis quística, y la yersinia pestis, que causa la llamada "peste negra".Los investigadores responsables del estudio afirman que el hecho de revelar un componente estructural importante de la fatal jeringa molecular podría dar pistas valiosas para el desarrollo de nuevos medicamentos capaces de inutilizarla o destruirla. El ataque selectivo no afectaría a las bacterias beneficiosas, como las que integran la flora intestinal. A fecha de hoy, los médicos combaten las infecciones bacterianas con antibióticos que matan a todas las bacterias, sean buenas o malas. Pero estos fármacos, para muchos las sustancias más valiosas que se hayan descubierto, son cada vez menos eficaces: algunas bacterias son resistentes a todo el arsenal de antibióticos disponible en la actualidad, un lote que supera el centenar de medicamentos antimicrobianos.
"Creemos que este anillo forma la fundación sobre la cual todos los otros componentes se montan", ha manifestado uno de los autores del trabajo, Natalie Strynadka, profesora asociada de bioquímica en la Universidad de British Columbia en Vancouver, Canadá. "Sin este ensamblaje pierden su capacidad patógena. Esto proporciona un posible blanco de ataque para intervenciones terapéuticas".
¿Pero cómo es y cómo funciona esta jeringa? Los científicos saben que atraviesa las membranas internas y externas de las gram negativas, y que dos proteínas del extremo de la aguja hacen las veces de brocas para perforar las membranas de las células víctimas del ataque. A través de estas perforaciones, las bacterias inyectan un cóctel de proteínas que efectúan diferentes trabajos en el interior celular y resultan en enfermedades distintas. La maquinaria molecular compartida que inyecta las proteínas específicas se llama "sistema de secreción tipo III".
Hasta ahora, este ingenio molecular había constituido una auténtica caja negra para los microbiólogos. Mediante cristalografía de rayos X, se ha sabido que tal sistema inyector consiste en un anillo de 24 moléculas idénticas que se entrelazan entre sí. Esta estructura se halla encima de la membrana interna de la bacteria, que es la puerta donde se agrupan las proteínas infecciosas para salir de la célula.
El nuevo modelo se basa en experimentos realizados por el primer autor Calvin Yip, estudiante de doctorado del laboratorio de Strynadka, en los que se utilizó una técnica llamada "cristalografía de rayos X". El número de moléculas fue confirmado por medio de análisis de bacterias completas en el laboratorio del coautor Sam Miller, de la Universidad de Washington.
Todos estos experimentos revelaron detalles que confirman y mejoran la imagen confusa del sistema de secreción publicado previamente por otros investigadores que utilizaron microscopía electrónica. El anillo proteico, llamado "EscJ", es una molécula grande y grasa que había desafiado repetidos intentos de hacerla crecer en los cristales ordenados que se necesitan para los detallados estudios estructurales. Uno de los problemas era que la superficie del anillo está cubierta con átomos cargados positivamente, que alejan a los clones de sí mismos como si fueran imanes que se repelen.
El gran paso adelante del laboratorio se dio cuando Yip hizo una versión mutante para reducir parte de la carga superficial. Eso permitió que las moléculas EscJ mutantes se alinearan en grupos ordenados en un cristal. Investigadores del laboratorio de Finlay confirmaron que la proteína mutante todavía podía formar una jeringa funcional en las bacterias. En base a la forma en que la molécula EscJ se compacta en el cristal, los científicos sospechan que ésta forma un anillo que funciona como una plataforma molecular para el ensamblaje del sistema de secreción.
Lo que más entusiasma sobre la nueva estructura atómica es la posibilidad de atacar selectivamente un tipo de bacterias que causan enfermedades, dijeron los investigadores. "Parte de la razón por la que esto es tan importante es que las bacterias se están volviendo resistentes a los antibióticos, y éstos ya no están funcionando", declaró Finlay. "Todas las compañías farmacéuticas importantes ya no se dedican a esto. No hay antibióticos nuevos que se estén desarrollando. Necesitamos distintas formas de pensar sobre cómo perseguir a las bacterias".
Además, la estructura cristalina podría iluminar más funciones bacterianas que las relacionadas con sus aparatos de inyección, dijo Yip. Varias docenas de genes que se agrupan en una región del cromosoma conocida como "isla de patogenicidad" producen los componentes de la jeringa, explicó Yip.