El proceso de invasión es diferente para cada patógeno, pero casi todos presentan sistemas de secreción. Estos, en muchos casos, están implicados en la virulencia de microorganismos.
Existen 7 tipos de sistemas de secreción (mayoritariamente constitutivos), y la característica más importante es que la mayoría se encuentran en Gram negativas, con excepción del sistema de secreción de tipo 7, que lo presentan Gram positivas, como Mycobacterium. En Listeria monocytogenes se ha encontrado el sistema de secreción de tipo 7, pero este sistema no es esencial para su virulencia.
- Sistemas de secreción
Los mecanismos de secreción son unos sistemas que utilizan las bacterias, en este caso patógenas, para transmitir señales (generalmente moléculas, aunque también las hay físicas) a otras células de su alrededor a las que están adheridas.
+ Clases de sistemas de secreción
Dependiendo del tipo de molécula efectora (molécula que va a provocar un efecto biológico) que va a sintetizar el patógeno diferenciamos:
. Sistemas de secreción que liberan la molécula directamente al espacio extracelular
Son los tipos 1, 2, 5 y 7. El sistema de secreción de tipo 5 aprovecha los sistemas SEC, que son sistemas de secreción que utilizan los microorganismos de manera rutinaria para excretar sustancias. En el caso del sistema de secreción de tipo 2 y 5 la proteína efectora se transporta al espacio periplásmico, y a partir de ahí va a ser secretada. El sistema de secreción de tipo 5 forma una estructura denominada barril β, formado por proteínas, a través del cual pasan más proteínas que, o bien se van agrupando, o bien pasan sin agruparse y actúan como proteínas efectoras (adhesinas, proteasas, toxinas, etc.).
. Sistemas de secreción que liberan directamente en la célula diana
Son los tipos 3, 4 y 6. El sistema de secreción de tipo 3 y el 4 guardan mucha similitud con los flagelos. Hay teorías que dicen que, a lo largo de la evolución, los sistemas de secreción de tipo 3 y 4 provienen a partir de la diferenciación de alguna de las estructuras del flagelo. La diferencia más fundamental entre el sistema de secreción de tipo 3 y el 4 es su función; el tipo 4 participa en la transferencia de DNA (como Agrobacterium tumefaciens) y en la inyección de proteínas efectoras, mientras que el tipo 3 participa en la inyección de proteínas efectoras únicamente. La estructura de secreción sistema de secreción de tipo 6 recuerda a los tubos de inoculación de los fagos (prácticamente idéntico a las colas de los fagos), e introducen proteínas efectoras.
Dependiendo de la proteína o molécula que se quiera transmitir al espacio extracelular o a la célula diana, será necesario usar uno u otro sistema de secreción.
- Sistema de invasión de Shigella
Shigella se dirige hacia las células M, ya que los enterocitos no son fagocitos profesionales. Estas células M no la procesan ni la matan, si no que únicamente la captan, la transportan por endocitosis y la libera en la lámina media.
La bacteria es captada por los macrófagos de la lámina media para establecer, de esta forma, el primer contacto. Dentro de estos se multiplica gracias a una serie de mecanismos de virulencia organizados por operones que impiden que el macrófago se multiplique.
Posteriormente Shigella rompe el macrófago y las adhesinas interactúan con receptores en la cara basal de los enterocitos, y el microorganismo es capaz de iniciar la invasión por la parte basal. Esto es gracias a la introducción de moléculas efectoras a partir de sistemas de secreción, las cuales provocan una reorganización del citoesqueleto de tal forma que el enterocito emite una serie de pseudópodos que introducen a la bacteria.
La bacteria introducida se encuentra dentro de un endosoma (membrana), y se libera del mismo porque tiene la capacidad de sintetizar una fosfolipasa, quedando libres en el citoplasma. Las 6 células tienen que infectar a las células cercanas y para ello se fabrican una cola (a partir proteínas y proteínas del citoesqueleto) para poder moverse por el citoplasma, ya que Shigella es inmóvil. La cola, con gasto de ATP, se contrae y se relaja, y de esta forma consigue introducirse en las células siguientes.
- Sistema de invasión de Salmonella
Las bacterias llegan al digestivo a través de la ingesta de alimentos contaminados. Posteriormente las células lo atraviesan y llegan al intestino. Salmonella presenta más de un tipo de invasión, siendo los más fundamentales los siguientes:
. A través de las células dendríticas, que emiten pseudópodos entre los enterocitos y captan a Salmonella, introduciéndola en la lámina propia.
. A través de las células M, que terminan introduciendo a la bacteria en la lámina propia, actuando como célula de paso.
Una vez que Salmonella está en la lámina propia, los macrófagos la captan y, al igual que Shigella, comienzan a multiplicarse en el interior del macrófago. Las bacterias utilizan un sistema de secreción de tipo 3 (t3ss2) y liberan en el citoplasma del macrófago moléculas efectoras que causan la apoptosis del macrófago.
Al romperse el macrófago salen todas las células de Salmonella que se han multiplicado. Posteriormente invaden otros enterocitos por la cara basal, donde están los receptores. Esta vez lo que utilizan las células para invadir es un sistema de secreción de tipo 3 (T3SS21) distinto al anterior. En base a la señal que recibe y la célula con la que esta interaccionando, utiliza o el T3SS2 o T3SS1, ya que cada uno inyecta moléculas proteicas distintas y cada uno causa un efecto diferente.
Todo este proceso, junto con otros factores de virulencia, está organizado en “islas de patogenicidad”, que es una fracción de ADN genómico de un microorganismo patógeno catalogado como virulento. La fracción de ADN suele estar contenida en plásmidos, y su origen es una transferencia horizontal de material genético. Suele albergar las secuencias codificantes de adhesinas, toxinas, etc.
- Otros mecanismos de invasión
Existen dos sistemas fundamentales para invadir células sin tener en cuenta el sistema de invasión a través de la célula M:
+ Mecanismo de cremallera
Cuando los microorganismos llegan a la superficie de la célula diana interactúan con las integrinas de la superficie celular (proteínas implicada en los sistemas de transmisión de señales) a través de adhesinas e invasinas. Es una interacción especifica ya que, normalmente, las integrinas suelen ser receptores de señales hormonales. Esta interacción lo que provoca es una reorganización del citoesqueleto y se emiten unos pseudópodos que introducen al microorganismo al interior celular.
+ Mecanismo de rizamiento o trigger
El microorganismo inyecta proteínas efectoras a un enterocito a través de un sistema de secreción de tipo 3, provocando una desorganización del citoesqueleto para que el microorganismo pueda ser englobado e introducido al interior celular.
Lo destacable es que no todos los patógenos tienen el mismo sistema de secreción. Con mucha frecuencia se encuentran diferentes sistemas de secreción en el mismo patógeno, y este usara uno u otro dependiendo de la situación.
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Artículo redactado por Pablo Rodríguez Ortíz, Graduado en Biología por la Universidad de Málaga.