Diminutos gusanos portadores de la bacteria Photorhabdus luminescens en su tracto digestivo, actuarían como insecticidas orgánicos. Estos gusanos nematodos penetran en las larvas de los insectos, liberando allí las bacterias, que segregan toxinas comprometiendo el sistema inmune de la larva.

Nematodo y bacteria como insecticida

El mecanismo de acción exacto de la bacteria Photorhabdus luminescens no se conocía hasta el momento. Investigadores de la Medical Faculty of the RUB and the Max-Planck-Institute for Molecular Physiology, Dortmund (Alemania) y de la Universidad de Freiburg (Alemania) han logrado esclarecer este proceso y publicado sus resultados en la revista Science.

Determinadas subunidades específicas de las toxinas bacterianas que inhiben las reacciones de defensa de las células inmunes son de importancia fundamental. Algunas de estas toxinas tienen semejanzas con las toxinas de bacterias patógenas humanas, por ejemplo las bacterias que causan la peste, y utilizan mecanismos similares.

Los gusanos transportan la bacteria hasta el objetivo

La bacteria Photorhabdus luminescens vive en simbiosis con los nematodos. Los diminutos gusanos penetran en la larva de los insectos a través de las oberturas naturales y "regurgitan" las bacterias en su interior. Las toxinas bacterianas  producidas por esta bacteria emisora de luz mata las larvas de los insectos creando así una reserva de alimentos para la proliferación de nematodos y bacterias.

Subunidades de las toxinas biológicamente activas

Photorhabdus luminescens produce diversas toxinas que generan complejos (Tc proteins). El complejo biológicamente activo se compone de los tres componentes de TcA, TcB y la TcC. Si bien hasta ahora el mecanismo de acción de estas toxinas era desconocido, el equipo dirigido por el Profesor Hans Georg Mannherz (Medical Faculty of the RUB and the Max-Planck-Institute for Molecular Physiology, Dortmund) investigó el impacto de las toxinas sobre células de insectos y mamíferos. Los estudios mostraron que la actividad biológica se encuentra en los componentes TccC3 y TccC5. Los dos componentes de la toxina son enzimas que inhiben las reacciones de defensa de las células inmunes, por ejemplo, la fagocitosis de bacterias.

Dos modos de acción

Las toxinas actúan sobre las células objetivo de las larvas de insectos de dos maneras diferentes. TccC3 modifica la proteína del citoesqueleto actina (ADP-ribosylation) hasta tal punto que ya no es controlada por el regulador de la proteína timosina beta 4 y esto produce una significativa polimerización de la actina. La segunda toxina, TccC5, produce cambios en las llamadas proteínas Rho, responsables de la regulación del citoesqueleto de actina.

(C-F) Efecto de las toxinas de P. luminescens sobre células (hemocitos) de Galleria mellonella. Célula (C), tratada con TccC3 (D), TccC5 (E), y TccC3 + TccC5 (F). Las dos toxinas destruyen el citoesqueleto de las células objetivo. Imagen: Alexander E. Lang , via Alpha Galileo

Normalmente estos reguladores se activan y desactivan en el interior de la célula. Tcc5 modifica este proceso, bloqueando el procedimiento de desactivación. Como consecuencia, la activación permanente de la proteina Rho aumenta la polimerización de la actina. Las dos toxinas juntas dan lugar a agregaciones en el citoesqueleto que lo hacen incompatible con la función celular normal o la reacción de defensa inmunitaria.

La TcA, que forma poros en las células huésped, es necesaria para que las toxinas TccC3 y TccC5 puedan entrar en las células del insecto. Las toxinas probablemente se infiltran en el interior de las células a través de estos poros.

Conocimiento decisivo para la comprensión de las proteínas Tc

Las proteinas Tc han sido identificadas en bacterias patógenas humanas tales como Yersinia pseudotuberculosis y Yersinia pestis. Mannherz señala que la aclaración de los mecanismos moleculares de proteínas de prototipo Tc es de importancia fundamental para la comprensión de otras proteínas de bacterias insecticidas y bacterias patógenas humanas.

Fuente: AlphaGalileo

Información bibliográfica completa: Alexander E. Lang, Gudula Schmidt, Andreas Schlosser, Timothy D. Hey, Ignacio M. Larrinua, Joel J. Sheets, Hans G. Mannherz and Klaus Aktories: "Photorhabdus luminescens Toxins ADP-Ribosylate Actin and RhoA to Force Actin Clustering." In: Science 26 February 2010 327: 1139-1142 [DOI: 10.1126/science.1184557]