Evolución convergente en el superenrollamiento de los filamentos flagelares procariotas

Área de la Ciencia:

• Microbiología
• Biología estructural
• La biofísica

Sus antecedentes:

• Los filamentos flagelares en bacterias y arqueas son esenciales para la motilidad.
• Los filamentos flagelares de las arqueas son estructuralmente distintos de los bacterianos, se asemejan a los pili bacterianos de tipo IV.
• El mecanismo por el cual estos filamentos forman superbobinas estables bajo tensión de torsión no está claro debido a la falta de datos estructurales.

Objetivo del estudio:

• Elucidar las estructuras atómicas de los filamentos flagelares superenrollados de bacterias y arqueas.
• Comprender la base estructural para el superenrollamiento en las estructuras de motilidad procariótica.
• Investigar la evolución convergente potencial en la formación de geometrías superhélicas estables.

Principales métodos:

• Se utilizó la crio-microscopía electrónica (crio-EM) para obtener estructuras de alta resolución.
• Se construyeron y refinaron modelos atómicos tanto para los filamentos flagelares bacterianos como para los arqueológicos.
• Se realizó un análisis de las conformaciones de los protofilamentos y de las interfaces entre los protómeros.

Principales resultados:

• La estructura atómica de los filamentos flagelares bacterianos superenrollados reveló 11 conformaciones distintas de protofilamentos y tres clases de interfaces entre protómeros.
• La estructura atómica de los filamentos flagellares arqueos superenrollados mostró una geometría de supercoil formada por 10 protofilamentos con 10 conformaciones distintas.
• Se identificó una discontinuidad interprotomérica única que crea una costura dentro de la estructura de la superbobina del filamento flagellar arqueal.

Conclusiones:

• Cryo-EM proporciona información a nivel atómico sobre la base estructural del superenrollamiento del filamento flagelar.
• Mecanismos estructurales distintos subyacen al superenrollamiento en los filamentos flagelares bacterianos y arqueos, a pesar de su similitud funcional.
• La evolución convergente probablemente explica el desarrollo de geometrías superhélicas estables que permiten la locomoción microbiana en ambos dominios de la vida.