Las células humanas aprovechan el poder de los detergentes para matar bacterias

Los investigadores han descubierto que una molécula producida en gran parte del cuerpo elimina las bacterias invasoras como un limpiador que ataca una mancha aceitosa.

Este limpiador asesino, una proteína conocida como APOL3, combate las infecciones al disolver las membranas bacterianas, informaron en la revista el investigador del Instituto Médico Howard Hughes, John MacMicking, y sus colegas. Ciencias el 15 de julio de 2021. Su equipo probó la proteína en bacterias que envenenan los alimentos Salmonela y otros microbios similares.

El trabajo ofrece nuevos conocimientos sobre cómo las células humanas se defienden contra las infecciones, un proceso llamado inmunidad celular autónoma. Si bien los científicos sabían que las células podrían atacar las membranas bacterianas, este estudio descubre lo que parece ser el primer ejemplo de una proteína intracelular protectora con una acción similar a la de un detergente.

MacMicking espera que algún día los hallazgos ayuden a los esfuerzos por desarrollar nuevos tratamientos para las infecciones. «Este es un caso en el que los humanos producen su propio antibiótico en forma de proteína que actúa como limpiador», dice MacMicking, inmunólogo de la Universidad de Yale. «Podemos aprender de esto.»

Superando barreras

Cuando se trata de defender el cuerpo humano, las células especializadas del sistema inmunológico actúan como un equipo de guardaespaldas celulares. Pero las mismas señales de alerta que movilizan a estas células pueden activar incluso al ciudadano medio. Una señal llamada interferón gamma, por ejemplo, aumenta la producción de proteínas en las células no inmunes que forman nuestros tejidos y órganos. Pero los científicos saben poco sobre cómo estas proteínas ayudan a las células a combatir los patógenos.

Los investigadores infectaron algunas de estas células no inmunes con una cepa de Salmonela, que invade los interiores acuosos de las células. Salmonela pertenece a una clase de bacterias limitadas por dos membranas. La membrana bacteriana externa actúa como una armadura, protegiendo la membrana bacteriana interna de amenazas como los antibióticos.

El equipo descubrió que la señal de advertencia de interferón gamma podría prevenir Salmonela de tomar células humanas, pero los investigadores no sabían qué proteínas habían acudido al rescate. El equipo de MacMicking examinó más de 19.000 genes en células humanas, buscando aquellos que pudieran codificar proteínas protectoras. Ese trabajo llevó a los investigadores a descubrir APOL3, que recibe ayuda de una segunda molécula, GBP1, y posiblemente otras. Utilizando microscopía de alta resolución y otras técnicas, el equipo reunió el mecanismo: GBP1 daña la membrana externa de una bacteria, permitiendo que APOL3 pase a través de ella para romper la membrana interna, el «golpe de gracia» que mata a la bacteria. , dice MacMicking.

Como un detergente para ropa, APOL3 tiene partes atraídas por el agua y partes atraídas por la grasa. En lugar de eliminar la suciedad de la tela, estos componentes eliminan trozos de la membrana bacteriana interna, que está formada por moléculas de grasa llamadas lípidos.

Este proceso debe ser altamente selectivo, dice MacMicking, ya que APOL3 debe evitar atacar las membranas de la propia célula humana. El equipo descubrió que APOL3 evita el colesterol, un componente importante de las membranas celulares, y en cambio se dirige a los lípidos distintivos preferidos por las bacterias.

Un nuevo defensor

APOL3 parece estar en la caja de herramientas de muchas celdas. El equipo de MacMicking demostró que defiende las células dentro de los vasos sanguíneos y los intestinos. Dado que APOL3 aparece en una variedad de tejidos corporales, los científicos creen que ofrece una amplia protección.

El descubrimiento de esta molécula similar a un detergente dentro de las células no inmunes «agrega más evidencia a la idea de que cualquier célula del cuerpo puede ser parte del sistema inmunológico», dice Carl Nathan, quien estudia las interacciones huésped-patógeno en Weill Cornell. College, y que no participó en esta investigación. «También agrega un nuevo ejemplo de una de las formas limitadas en que los seres vivos se matan entre sí», señala.

Ya sea pinchando, envenenando o matando de hambre a un patógeno, el sistema inmunológico ha desarrollado varios métodos para matar las células amenazadoras. APOL3 se une al grupo de mecanismos que ya se sabe que destruyen fatalmente las membranas, dice Nathan.

Los investigadores todavía están muy lejos de poder aplicar este descubrimiento a los tratamientos para las infecciones. Pero descifrar las defensas del cuerpo podría brindar a la humanidad nuevas herramientas contra los microbios que están evolucionando cada vez más formas de contrarrestar los antibióticos convencionales. Por ejemplo, llamar a los limpiadores de células y otros dispositivos que el cuerpo usa para matar bacterias podría ayudar a complementar la respuesta inmune natural, dice MacMicking.