Las proteínas se giran para invertir la dirección de giro de un pequeño motor que impulsa el movimiento.
Introducción
Salmonella enterica serovariedad tifimurio es un tipo común de bacteria más conocida entre los humanos por causar intoxicación alimentaria. Como muchos organismos unicelulares, la salmonella se mueve a través de su entorno utilizando estructuras especiales en forma de cola llamadas flagelos. Este movimiento ayuda a la salmonella a encontrar alimento y evitar el peligro. Cada flagelo singular actúa como un pequeño motor que gira para empujar a las bacterias hacia adelante. Una característica clave de este motor es su capacidad para cambiar la dirección de giro entre el sentido de las agujas del reloj (CW) y el sentido antihorario (CCW), lo que permite a las bacterias cambiar de dirección y explorar de manera más eficiente.
La estrategia
El motor flagelar de la salmonella es una estructura compleja formada por varios anillos y una varilla central. El anillo C (anillo citoplasmático) es especialmente importante porque controla la dirección de rotación. El anillo C contiene proteínas llamadas FliG, FliM y FliN, que funcionan juntas como el "interruptor" del motor. Este interruptor puede alternar entre dos posiciones, lo que permite que el flagelo gire en sentido horario o antihorario.
Cuando el motor gira en sentido antihorario, las bacterias nadan en línea recta. Cuando gira en sentido horario, las bacterias dan vueltas y cambian de dirección. Este mecanismo de conmutación es crucial para la quimiotaxis, ya que permite a las bacterias ajustar su movimiento en respuesta a su entorno.
a, Diagrama esquemático del motor flagelar que muestra el anillo L, el anillo P, el anillo MS y el anillo C, así como la varilla, el gancho y el filamento flagelar. El interruptor está alojado dentro del anillo C y está compuesto por las subunidades FliG, FliM y FliN. OM, membrana exterior; IM, membrana interna. b, Vista recortada de una micrografía crioEM representativa de anillos MS y C de tipo salvaje (1 de 34,381 micrografías) que muestra la calidad de las partículas utilizadas en la determinación de la estructura. La mayoría de las partículas contienen anillos MS y C, aunque están presentes un pequeño número de anillos MS aislados. Se observan vistas frontales (tres resaltadas con círculos negros) y vistas laterales (tres resaltadas con círculos blancos). También se observan vistas inclinadas que dan la apariencia de un diámetro menor en algunos casos. Barra de escala, 200 Å. La micrografía sin recortar está disponible en el archivo de datos fuente. Las micrografías sin procesar de todas las estructuras se han depositado en EMPIAR76 (https://www.ebi.ac.uk/empiar/) y los códigos de acceso EMPIAR-11597, EMPIAR-11891 y EMPIAR-11892. c, Representación de superficie de los mapas de densidad del anillo C en la pose CCW superpuesta al modelo final. Las subunidades FliF se muestran en azul, las subunidades FliG se muestran en rojo, las subunidades FliM se muestran en amarillo y las subunidades FliN se muestran en tonos de rosa y morado. (Imagen y título de Singh, PK, Sharma, P., Afanzar, O. et al. 2024)
El cambio entre la rotación CW y CCW implica importantes reordenamientos estructurales dentro del anillo C. En la configuración CCW, las proteínas FliG forman una V, creando un anillo interior y exterior separados por un pequeño espacio. Cuando el motor cambia a rotación CW, estas proteínas giran 180 grados, cambiando sus interacciones y la orientación de los sitios de unión de otros componentes llamados MotA y MotB. Esta reorientación es esencial para invertir la dirección de la fuerza aplicada a la varilla flagelar, permitiendo el cambio de dirección del flagelo.
La fuerza que impulsa la rotación del flagelo proviene de las interacciones entre el anillo C y el anillo MS (anillo membrana-supramembrana), que se conecta a la varilla flagelar. El anillo MS traduce la fuerza de rotación en movimiento, impulsando el giro del flagelo. La estructura y flexibilidad de estos componentes son cruciales para el funcionamiento del motor, permitiéndole manejar las tensiones de la rotación rápida y el cambio direccional.
Las posibilidades
Comprender cómo funciona el flagelo bacteriano puede inspirar nuevas ideas para tecnología e ingeniería avanzadas. Por ejemplo, los principios de rotación bidireccional y transmisión de fuerza podrían ayudar a diseñar motores pequeños y eficientes para dispositivos médicos, como sistemas de administración de medicamentos dirigidos. Además, la flexibilidad observada en el motor flagelar podría conducir a la creación de materiales que puedan cambiar de forma y función en respuesta a diferentes condiciones.
Al imitar la eficiencia y adaptabilidad naturales del flagelo bacteriano, los ingenieros y diseñadores pueden desarrollar soluciones innovadoras que funcionen bien con los sistemas biológicos, promoviendo la sostenibilidad y reduciendo el impacto ambiental. Este enfoque sigue los principios de , cuyo objetivo es resolver los desafíos humanos aprendiendo y copiando las estrategias exitosas de la naturaleza.
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