17 de octubre de 2002
Canales iónicos permiten que las bacterias resistan la acidez estomacal
Unos investigadores han encontrado que un tipo de canal
iónico primitivo similar a los que se encuentran en las
células nerviosas de mamíferos, ayuda a que las bacterias
resistan el ambiente ácido que encuentran en el estómago
de sus huéspedes.
El descubrimiento sugiere un mecanismo posible por el que las
bacterias pueden combatir la acidez estomacal por el tiempo suficiente
para establecerse en el intestino. Más ampliamente, dicen los
científicos, el descubrimiento representa la primera pista de
porqué las bacterias tienen los mismos tipos de canales
iónicos –proteínas que controlan el flujo de iones a
través de las membranas celulares– que se encuentran en
organismos superiores.
“Dado que somos investigadores de canales iónicos, hemos estado tan contentos por el aprovechamiento de la alta calidad de proteínas que hemos recibido de estos genomas bacterianos, que se ha ignorado el interrogante de porqué se encuentran allí los canales”.
Christopher Miller
En un artículo publicado en el número del 17 de
octubre de 2002, de la revista Nature, investigadores conducidos
por el investigador del Instituto Médico Howard Hughes, Christopher
Miller, presentan evidencias de que el canal del ion cloruro es un
componente integral de la respuesta de resistencia a la acidez extrema
(XAR, por sus siglas en inglés) de la bacteria E. coli.
Miller es coautor del trabajo junto a los colegas Ramkumar Iyer, Tina
M. Iverson y Alessio Accardi, todos de la Universidad Brandeis.
Según Miller, los canales iónicos de las bacterias han
demostrado ser enormemente útiles para los investigadores que
estudian la estructura y función de los canales iónicos,
porque las bacterias permiten que los científicos produzcan
cantidades suficientes de proteínas para los estudios.
“Dado que somos investigadores de canales iónicos,
hemos estado tan contentos por el aprovechamiento de la alta calidad de
proteínas que hemos recibido de estos genomas bacterianos, que
se ha ignorado el interrogante de porqué se encuentran
allí los canales”, dijo Miller. Afortunadamente, sin
embargo, el becario postdoctoral de Miller, Ramkumar Iyer, tuvo la
intuición científica de estudiar si los canales
iónicos, conocidos como canales ClC, podrían
desempeñar una función en la XAR.
“Habíamos identificado dos genes del canal de cloruro
en bacterias, y decidimos realizar una pesca para explorar su
función”, dijo Miller. “Apenas los anulamos, no
vimos ningún cambio obvio en el crecimiento o el comportamiento
de las bacterias. Entonces, Ram decidió someter a las bacterias
alteradas a diversos estreses, pensando que los canales podrían
estar implicados en cierta clase de respuesta al estrés. De otra
manera, tales canales en la membrana resultarían ser mortales
[para la bacteria]”.
Los primeros experimentos de Iyer rindieron frutos, ya que
demostraron que las bacterias alteradas no podían sobrevivir
cuando eran expuestas a una acidez elevada. Según Miller,
estudios anteriores indicaban que cuando las bacterias son expuestas a
un pH muy bajo de cerca de 2, se activan dos clases de genes XAR para
atraer a ciertos aminoácidos –glutamato o arginina–
hacia el interior de las células. Enzimas adicionales
involucradas en la XAR descarboxilan estos aminoácidos para
formar gama amino butirato o agmatina mediante reacciones
químicas que consumen ácidos. Entonces, estos productos
de la descarboxilación se transportan al exterior de la
célula, comportándose todo el ciclo como bomba virtual de
protones que previene la acidificación del citoplasma en el
ambiente ácido del estómago. Sin embargo, dijo Miller,
estas “bombas de protones” –porque mueven cargas
positivas netas hacia afuera– se detendrían a menos que
hubiera una cierta forma de evitar el “escape” de cloruro
hacia el exterior de las células bacterianas.
“El canal de cloruro proporciona una desviación
eléctrica o un escape eléctrico que permite que la bomba
de protones mantenga el recambio”, dijo Miller. “Si no hay
canales de cloruros –que es el caso en nuestra E. coli
knock-out– a medida que la bomba de protones mueve la carga
positiva hacia afuera, acumula un voltaje negativo en el interior de la
célula, y este desequilibrio de voltaje a través de la
membrana, esencialmente detiene la bomba. El canal de cloruro permite
que la bomba de protones funcione porque permite que un ion cloruro
negativo se escape hacia afuera con cada protón positivo que es
bombeado hacia afuera”. Los investigadores luego probaron si el
canal era activado por el choque ácido. Cuando insertaron las
proteínas del canal iónico aisladas en burbujas
artificiales de membranas llamadas liposomas y las expusieron a pH
bajo, encontraron que los canales aumentaron su índice de
incorporación de cloruros alrededor de diez veces.
“Nuestra primera conjetura es que al igual que muchos otros
canales, éste presenta un estado abierto y uno cerrado”,
dijo Miller. “Y lo que hace que el canal bacteriano de cloruro
pase a un estado abierto no es un neurotransmisor o el cambio del
voltaje, como ocurre con sus homólogos en el sistema nervioso de
mamíferos, sino una alta concentración ácida
extracelular”.
Miller y sus colegas también observaron que bacterias
patógenas tales como las que causan cólera o salmonelosis
también tienen genes para canales ClC, y estas bacterias
podrían utilizar el mismo mecanismo para sobrevivir en el
ambiente ácido del estómago e invadir el intestino.
El descubrimiento de la función del canal de cloruro en
bacterias podría ofrecer pistas sobre la función de
algunos de los homólogos mamíferos de estos canales, dijo
Miller. “Tenemos nueve homólogos de los canales ClC en
nuestros genomas, y están involucrados en varias funciones
fisiológicas”, dijo. “Es llamativo qué
investigadores hallan encontrado evidencias de que algunos de estos
homólogos parezcan estar involucrados en procesos muy similares
a los que encontramos en la maquinaria XAR de E. coli”.
Por ejemplo, dijo Miller, se tiene evidencia de que los canales
podrían desempeñar una función en la maquinaria
que mantiene las condiciones ácidas necesarias dentro de sacos
minúsculos llamados endosomas, que transportan receptores de la
superficie de la célula hacia el interior de misma. Estas
funciones, sin embargo, tendrían sus orígenes en un
pasado evolutivo distante, dijo.
“Nuestro trabajo de los últimos cinco años sobre
canales iónicos bacterianos parece implicar que estas
proteínas son ancestrales, y no máquinas especializadas
para células especializadas, tales como las células
nerviosas de organismos superiores”, dijo. “Aún
más, me sorprendería mucho si no descubriéramos
que bacterias distintas de las que pasan a través del
estómago no hubieran desarrollado otros usos para estos
canales”.
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