Motores flagelares: El secreto de la eficiencia energética de casi el 100% de las bacterias

Cuando la gente piensa en motores, suele imaginarse los de los vehículos o las máquinas. Sin embargo, los motores biológicos existen desde hace millones de años, sobre todo en los microorganismos. Muchas bacterias dependen de unas estructuras en forma de cola llamadas flagelos, que giran para propulsarse a través de los fluidos. Este movimiento es impulsado por un complejo proteínico conocido como motor flagelar.

El motor flagelar consta de dos componentes principales: el rotor y los estatores. El rotor es una gran estructura giratoria anclada a la membrana celular que impulsa el movimiento del flagelo. Alrededor del rotor, los estatores son estructuras más pequeñas con vías iónicas que transportan protones o iones de sodio, dependiendo de la especie bacteriana. Cuando estas partículas cargadas las atraviesan, los estatores experimentan cambios estructurales que aplican fuerza al rotor, provocando su giro. Aunque se ha investigado mucho sobre los estatores, la estructura y función exactas de sus vías iónicas siguen sin estar claras.

Un equipo dirigido por el profesor adjunto Tatsuro Nishikino, del Instituto Tecnológico de Nagoya, estudió el motor flagelar de Vibrio alginolyticus, con colaboradores de la Universidad de Osaka, el Instituto Tecnológico de Kioto y la Universidad de Nagoya. Sus hallazgos, publicados en Proceedings of the National Academy of Sciences el 30 de diciembre de 2024, utilizaron la criomicroscopía electrónica (CryoEM) para capturar imágenes de alta resolución de V. alginolyticus normal y modificado genéticamente. El equipo identificó cavidades moleculares clave para los iones de sodio mediante la obtención de imágenes de complejos estatorreactores en diversos estados.

Un nuevo modelo explica el flujo de iones de sodio a través del estator del motor flagelar de Vibrio alginolyticus y cómo lo inhibe el fenamilo

Basándose en sus resultados, el equipo propuso un modelo que explica el flujo de iones de sodio a través del estator. Las subunidades que forman el estator en Vibrio alginolyticus se disponen en anillo, actuando como filtros basados en el tamaño que permiten selectivamente la entrada de iones de sodio en las cavidades identificadas. Los investigadores también estudiaron cómo el fenamilo, un bloqueador de los canales iónicos, inhibe el flujo de iones de sodio a través del estator.

Modelo propuesto de flujo de iones de sodio

Los hallazgos del estudio podrían tener importantes implicaciones médicas. Como señala Tatsuro, «el movimiento basado en los flagelos desempeña un papel en las infecciones y la toxicidad de algunas bacterias patógenas». Una de las motivaciones de este estudio era encontrar formas de restringir el movimiento bacteriano e inactivarlas. Comprender el mecanismo molecular de la motilidad flagelar es crucial para este objetivo».

Además, el conocimiento de los motores flagelares podría conducir a diseños innovadores de máquinas microscópicas. Tatsuro explica: «Los motores flagelares son nanomáquinas moleculares con un diámetro de unos 45 nm y una eficiencia de conversión de energía cercana al 100%. Nuestros hallazgos suponen un gran paso hacia la comprensión de sus mecanismos de generación de torsión, esenciales para la ingeniería de motores moleculares a nanoescala.»

Esperamos que nuevas investigaciones sigan desvelando los secretos de estas increíbles máquinas naturales.

Read More: New Study Suggests Ozempic May Significantly Curb Alcohol Binges