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Resumen del sistema de secreción bacteriana

La secreción de proteínas, el transporte de proteínas desde el citoplasma hacia otras partes de la célula, el medio ambiente, y/o otras bacterias o células eucariotas, es una de las funciones esenciales de una célula procariota. Los procariotas han desarrollado una serie de proteínas transportadoras entre localizaciones que participan en gran medida en la ayuda de sistemas de secreción de proteínas dedicados. Los sistemas de secreción de proteínas son importantes para el crecimiento de las bacterias y son útiles en muchos procesos. Se ha descubierto que algunos sistemas de secreción se encuentran casi en todas las bacterias y secretan una gran variedad de sustratos, mientras que otros se han encontrado sólo en unas pocas especies bacterianas y están implicados en la secreción de una o unas pocas proteínas. En algunos casos, los patógenos bacterianos utilizan estos sistemas de secreción específicos para manipular al huésped y construir un nicho de replicación. En otras ocasiones, estos sistemas de secreción aprovechan un nicho ambiental para ayudar a las bacterias a competir con los microorganismos cercanos. Existen varias clases diferentes de sistemas de secreción bacteriana, y sus diseños difieren en función del número de transmembranas del sustrato proteico.

Secreción a través de la membrana citoplasmática

Hay dos vías que son los sistemas de secreción bacteriana más utilizados para transportar proteínas a través de la membrana citoplasmática: las vías de secreción general (Sec) y de translocación de arginina gemela (Tat). Estas dos vías se consideran los mecanismos de secreción de proteínas más conservados y se han identificado en todos los dominios de la vida (bacterias, archaea y eukarya). En las bacterias, las vías Sec y Tat existen en el periplasma o en la membrana interna, y transportan la mayoría de las proteínas. Las proteínas en estado desplegado son translocadas por las vías Sec principalmente. Este sistema se compone de tres partes: un componente de orientación de proteínas, una proteína motora y un canal conductor integrado en la membrana, que se denomina translocasa SecYEG. A diferencia de la vía Sec, la vía Tat secreta principalmente proteínas plegadas. Esta vía es importante porque no todas las proteínas pueden ser secretadas en su estado desplegado.

Secreción de proteínas por parte de las bacterias gramnegativas

Un número de bacterias gramnegativas utilizan sistemas de secreción específicos para transportar proteínas de virulencia fuera de la célula y, en ocasiones, directamente al citoplasma de una célula eucariota o procariota. La secreción de proteínas extracelulares por parte de las bacterias Gram negativas supone un reto, ya que estas proteínas deben atravesar dos o incluso tres membranas de fosfolípidos para llegar finalmente a su destino. Algunas proteínas secretadas atraviesan estas membranas en dos pasos distintos, en los que primero llegan al periplasma a través de los sistemas de secreción Sec o Tat, y luego son transferidas a través de la membrana externa por un segundo sistema, que se conoce como secreción de proteínas dependiente de Sec o Tat. Además, se utiliza un proceso conocido como secreción de proteínas independiente de Sec o Tat para secretar muchas otras proteínas a través de canales que abarcan tanto la membrana interna como la externa de la bacteria. Estos sistemas en las bacterias Gram-negativas se numeran del Tipo I al Tipo VI, y cada sistema soporta un subconjunto específico de proteínas. Los canales de barril β están implicados en estos en sistemas que forman un anillo en la membrana externa de la célula bacteriana, pero muestran una buena cantidad de diversidad en sus estructuras y funciones mecanísticas por lo demás.

Figura 1. Sistemas de secreción en bacterias Gram-negativas

Secreción de proteínas por parte de bacterias Gram-positivas

En contraste con las bacterias Gram-negativas que poseen dos membranas de fosfolípidos, las bacterias Gram-positivas contienen sólo una bicapa lipídica y están cubiertas por una pared celular muy gruesa que es considerablemente más gruesa que la de las bacterias Gram-negativas. Además, hay algunas especies de bacterias Gram-positivas que contienen una pared celular fuertemente modificada por lípidos llamada micomembrana. Teniendo en cuenta estas diferencias en la estructura celular básica, es obvio que los mecanismos de secreción de proteínas extracelulares difieren entre las bacterias Gram-positivas y las Gram-negativas. Al igual que los organismos Gram-negativos, las bacterias Gram-positivas dependen de las vías Tat y Sec para transportar proteínas a través de la membrana citoplasmática. Sin embargo, en la mayoría de los casos, no es suficiente para llevar las proteínas a su destino. Al igual que sus homólogos Gram-negativos, las proteínas que ayudan a los patógenos Gram-positivos a sobrevivir durante la infección de un huésped mamífero se expresan en sus superficies externas. Estas proteínas deben incrustarse en la pared celular de las bacterias Gram-positivas para ser retenidas en la superficie exterior de la bacteria. Para lograr esta función, las bacterias Gram-positivas codifican una clase de enzimas, denominadas sortasas, que hacen que las proteínas se adhieran covalentemente a la pared celular tras su secreción a través de la membrana citoplasmática. Estas sortasas varían en su especificidad, por ejemplo, las sortasas «de mantenimiento», SrtA, pueden unir hasta 40 proteínas a la pared celular, mientras que otras sortasas son únicas para sólo una o dos proteínas.

Figura 2. Sistemas de secreción en bacterias Gram-positivas