tomografía Cryo-electrónica muestra cómo se reorganiza la célula bacteriana para parecerse a una célula de planta o animal más complicado con un compartimiento y ribosomas núcleo-como el rojo, las estructuras más pequeñas de color azul claro. Los virus se reproducen aparecen con cabezas y colas de color azul oscuro de color rosa. Imagen de Vorrapon Chaikeeratisak, Kanika Khanna, Axel Brilot, Katrina Nguyen
Biólogos de la Universidad de California en San Diego han documentado por primera vez cuán virus grandes reprogramar la maquinaria celular de las bacterias durante la infección para parecerse más a un animal o célula-un proceso humano que permite a estos invasores alienígenas para engañar a las células a producir cientos de nuevos virus, que eventualmente explotar desde y matar a las células que infectan.
En un artículo publicado en la edición de enero 13 de la Ciencia, los investigadores llevaron a cabo una serie de experimentos que permitieron que les permite ver en detalle lo que sucede dentro de las células bacterianas como los virus invasores replican.
"Los científicos han estado estudiando los virus durante cien años, pero nunca he visto nada como esto antes", dijo Joe Pogliano, profesor de biología molecular que encabezó el equipo de investigación. "Cada experimento produjo algo nuevo y emocionante de este sistema."
Los virus que infectan bacterias, también conocidos como bacteriófagos, son algunas de las más numerosas entidades de la tierra.
"Hemos elegido para estudiar una familia de inusualmente grande bacteriófago y aplicar métodos de corte de punta para ver su replicación en un detalle sin precedentes", dijo Kit Pogliano, profesor de biología molecular que participaron en el estudio.
Joe Pogliano y sus colegas encontraron que poco después de bacteriófagos infectan bacterias, destruyen gran parte de la arquitectura existente de las células bacterianas, incluyendo el ADN bacteriano, entonces secuestrar la maquinaria celular restante. Los virus entonces reorganizan toda la célula en una fábrica eficiente, centralizada para producir la siguiente generación de virus.
"Esta fábrica y la disposición de los alrededores de la célula infectada son notablemente similares a la organización observada en las células vegetales y animales," dijo Pogliano.
Las bacterias carecen de muchas de las estructuras especializadas que compartimentar los procesos celulares en células vegetales o animales, que los biólogos llaman "células eucariotas". Las bacterias, por ejemplo, carecen de un núcleo cerrado, que contiene la información genética y actúa como el centro de control de la célula.
Pero Vorrapon Chaikeeratisak, estudiante postdoctoral, y Katrina Nguyen, un estudiante graduado en el laboratorio de Pogliano, encontraron que los virus invasores organizan las estructuras dentro de las bacterias para imitar los que se encuentran en las células eucariotas.
El uso de microscopía de fluorescencia, los dos biólogos descubrieron que como virus se replican dentro de las células bacterianas, que construyen los compartimentos para separar los diferentes procesos que tienen lugar durante la infección.
"Estos compartimentos encierran todo el ADN viral, al igual que lo hace un núcleo en una planta o célula de mamífero", dijo Chaikeeratisak, el primer autor del artículo. "Los procesos de ADN, como la replicación o transcripción, se producen en el interior del compartimento mientras que las proteínas se producen fuera del compartimiento."
Elizabeth Villa, un profesor de química y bioquímica en la Universidad de California en San Diego, y David Agard, profesor de bioquímica y biofísica en la Universidad de California en San Francisco, utilizan una técnica especializada, llamada "crio-tomografía de electrones," para producir imágenes de los procesos que Chaikeeratisak y Nguyen descubrió inicialmente a muy alta magnificación.
Esas imágenes mostraron la descendencia viral siendo montado alrededor del compartimiento de núcleo-como en la bacteria. Con el tiempo, estos nuevos virus revientan la celda abierta y se extienden para infectar a las células vecinas.
"Estas observaciones de manipulación viral de una célula son completamente inesperado, ya que ningún virus bacteriano se ha visto para reorganizar una célula de una manera tan drástica", dijo Pogliano. "La reestructuración de una simple célula que se asemejan a un sistema más complicado existente difumina la línea entre las células bacterianas simples y las de los organismos" superiores ", como las plantas y los animales."
Podría ser esta la forma multicelular organismos evolucionaron? Una teoría existente, llamada "eukaryogenesis viral", sugiere que la primera célula eucariota se crea cuando un virus grande se hizo cargo de una bacteria. Finalmente, la bacteria y virus formaron una célula compuesta, en la que el virus se convirtió en el núcleo.
"Tal vez sea demasiado pronto para saber si este virus en particular es un paso intermedio en la transición de las bacterias y los virus a los eucariotas multicelulares, pero este descubrimiento podría ampliar el conocimiento sobre los orígenes de la vida tal como la conocemos," dijo Pogliano.
El estudio fue apoyado por becas de los Institutos Nacionales de la Salud (GM031627, GM104556, GM57045, 1DP2GM123494-01) y el Instituto Médico Howard Hughes.
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