Intercambio asincrónico de motores flagelares en una sola célula bacteriana

Área de la Ciencia:

• Microbiología Microbiología.
• La motilidad bacteriana.
• La biofísica celular es la biofísica celular.

Sus antecedentes:

• Las bacterias de Salmonella utilizan múltiples flagelos para la locomoción, con flagelos individuales capaces de girar en el sentido contrario a las agujas del reloj (nadar) o en el sentido de las agujas del reloj (tumblar).
• La regulación de la rotación flagelar y la coordinación de múltiples flagelos durante el movimiento bacteriano son procesos complejos.
• La comprensión previa sugería un mecanismo de conmutación potencialmente sincronizado para la acción coordinada de los flagelos.

Objetivo del estudio:

• Para investigar el comportamiento de cambio de flagelos de Salmonella individuales a nivel de los orgánulos.
• Para determinar si la conmutación flagellar está coordinada a través de múltiples flagelos en una sola célula o opera de forma independiente.
• Para dilucidar el mecanismo subyacente a la rotación coordinada del haz flagelar durante la natación bacteriana.

Principales métodos:

• Observación del sentido rotativo flagellar individual bajo condiciones especializadas utilizando células parcialmente desenergizadas de mutantes cheC y cheZ.
• Monitoreo de eventos de conmutación flagellar en escalas de tiempo extendidas (más de 2 minutos) para capturar múltiples eventos de conmutación por flagelo.
• Análisis de las probabilidades de conmutación y la heterogeneidad entre diferentes flagelos en la misma célula bacteriana.

Principales resultados:

• Se encontró que la conmutación flagellar entre la rotación en sentido contrario a las agujas del reloj y en sentido horario era totalmente asíncrona, ocurriendo de forma independiente en el nivel individual del flagellar.
• La rotación coordinada observada en el haz flagelar durante la natación parece ser el resultado de una alta probabilidad de rotación en el sentido contrario a las agujas del reloj, mejorada por interacciones mecánicas, en lugar de un interruptor de sincronización.
• Se observó una heterogeneidad significativa en las probabilidades de cambio entre diferentes flagelos en la misma célula, lo que sugiere diferencias estructurales permanentes o lentas fluctuaciones reguladoras.

Conclusiones:

• El proceso de conmutación estocástica opera a nivel de los flagelos individuales, no como un evento celular coordinado.
• La natación bacteriana se logra a través de la naturaleza probabilística de la rotación flagellar individual y el acoplamiento mecánico, no un mecanismo de conmutación sincronizada.
• La heterogeneidad en las probabilidades de conmutación flagelar puede reflejar diferencias intrínsecas en la estructura flagelar o procesos reguladores lentos.