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Visão geral do sistema de secreção bacteriana

Secreção protéica, o transporte de proteínas do citoplasma para outras partes da célula, o ambiente, e/ou outras bactérias ou células eucarióticas, é uma das funções essenciais de uma célula procariótica. Os procariotas desenvolveram uma série de proteínas de transporte entre locais que estão amplamente envolvidos na ajuda de sistemas dedicados de secreção de proteínas. Os sistemas de secreção de proteínas são importantes para o crescimento de bactérias e são úteis em muitos processos. Foi descoberto que alguns sistemas de secreção estão quase em todas as bactérias e irão secretar uma grande variedade de substratos, enquanto outros foram encontrados em apenas algumas espécies bacterianas e estão envolvidos para secretar apenas uma ou algumas proteínas. Em certos casos, os patógenos bacterianos utilizam estes sistemas de secreção dedicados para manipular o hospedeiro e construir um nicho replicante. Outras vezes, estes sistemas de secreção fazem uso de um nicho ambiental para ajudar as bactérias a competir com os microrganismos próximos. Existem várias classes diferentes de sistemas de secreção bacteriana, e seus desenhos diferem com base no número de transmembranas no substrato proteico.

Secreção através da membrana citoplasmática

Existem duas vias que são os sistemas de secreção bacteriana mais comumente usados para transportar proteínas através da membrana citoplasmática: a secreção geral (Sec) e as vias de translocação de arginina dupla (Tat). Estas duas vias são consideradas os mecanismos de secreção de proteínas mais conservados, tendo sido identificadas em todos os domínios da vida (bactérias, arcaias e eukarya). Nas vias bacterianas, as vias Sec e Tat existem no periplasma ou na membrana interna, e transportam a maioria das proteínas. As proteínas em estado desdobrado são translocadas principalmente pelas vias Sec. Este sistema é composto por três partes: um componente proteico, uma proteína motora e um canal condutor integrado na membrana, que é chamado de translocase SecYEG. Em contraste com a via Sec, a via Tat segrega principalmente a proteína dobrada. Esta via é importante porque nem todas as proteínas podem ser segregadas no seu estado desdobrado.

Secreção de proteínas por bactérias gram-negativas

Sistemas de secreção dedicados são utilizados por um número de bactérias Gram-negativas para transportar proteínas de virulência para fora da célula e, em alguns momentos, diretamente no citoplasma de uma célula alvo eucariótica ou procariótica. É um desafio para as bactérias Gram-negativas secretar proteínas extracelulares, porque estas proteínas devem atravessar duas ou mesmo três membranas fosfolipídicas para finalmente chegarem ao seu destino. Algumas proteínas secretadas atravessam estas membranas em duas etapas separadas, onde são primeiro entregues ao periplasma através dos sistemas de secreção Sec ou Tat, sendo depois transferidas através da membrana externa por um segundo sistema, que é conhecido como secreção de proteína dependente de Sec ou Tat. Além disso, um processo conhecido como secreção proteica independente de Sec- ou Tat é usado para secretar muitas outras proteínas através de canais que atravessam tanto a membrana bacteriana interna como externa. Estes sistemas nas bactérias Gram-negativas são numerados de Tipo I a Tipo VI, com cada sistema suportando um subconjunto específico de proteínas. β canais de barril estão envolvidos nestes sistemas que formam um anel na membrana externa da célula bacteriana, mas mostram uma grande diversidade em suas estruturas e funções mecanicistas de outra forma.

Figure 1. Sistemas de secreção em bactérias Gram-negativas

Secreção de proteínas por bactérias Gram-positivas

Em contraste com as bactérias Gram-negativas que possuem duas membranas fosfolipídicas, as bactérias Gram-positivas contêm apenas uma camada lipídica e são cobertas por uma parede celular muito espessa que é consideravelmente mais espessa do que a das bactérias Gram-negativas. Além disso, existem algumas espécies de bactérias Gram-positivas que contêm uma parede celular fortemente modificada por lipídios chamada micomembrana. Considerando estas diferenças na estrutura celular básica, é óbvio que os mecanismos de secreção de proteína extracelular diferem entre as bactérias Gram-positivas e as bactérias Gram-negativas. Semelhante aos organismos Gram-negativos, as bactérias Gram-positivas dependem das vias Tat e Sec para transportar proteínas através da membrana citoplasmática. No entanto, na maioria dos casos, não é suficiente entregar as proteínas ao seu destino. Também semelhantes às suas contrapartidas Gram-negativas, as proteínas que auxiliam os patógenos Gram-positivos na sobrevivência durante a infecção de um hospedeiro mamífero são expressas nas suas superfícies externas. Estas proteínas devem ser incorporadas na parede celular da bactéria Gram-positiva de modo a ficarem retidas na superfície externa da bactéria. Para alcançar esta função, uma classe de enzimas, chamada sortases, é codificada pelas bactérias Gram-positivas, que covalentemente fazem as proteínas ligadas à parede celular após a secreção através da membrana citoplasmática. Estas sortases variam na sua especificidade, por exemplo, as sortases “domésticas”, SrtA, podem fixar até 40 proteínas à parede celular, enquanto outras sortases são únicas para apenas uma ou duas proteínas.

Figure 2. Sistemas de secreção em bactérias Gram-positivas