Microbiología Molecular

Resumen

La envoltura celular bacteriana, una estructura multicapa compleja, desempeña un rol crucial en el crecimiento y la supervivencia al garantizar la integridad celular, actuar como una barrera protectora para controlar la permeabilidad y mediar las interacciones con el entorno. En las bacterias Gram-positivas, la envoltura celular está compuesta por la membrana plasmática y una gruesa capa de peptidoglicano a la que se entrelazan ácidos teicoicos y lipo-teicoicos, que son largos polímeros aniónicos. Todos estos componentes deben ser sintetizados, transportados y ensamblados de manera coordinada para la adecuada biogénesis y mantenimiento de la envoltura, un proceso vital en las bacterias. En nuestro grupo empleamos un enfoque multidisciplinario, incluyendo técnicas de genética molecular, bioquímica, biología celular y biología estructural, para investigar los mecanismos moleculares subyacentes a la homeostasis de la envoltura celular bacteriana en Bacillus subtilis, paradigma de las bacterias Gram-positivas.

Líneas de Investigación

Biogénesis de la envoltura celular en Bacterias Gram-positivas

Un aspecto clave, aunque generalmente ignorado, de la biogénesis y supervivencia celular es el mecanismo por el cual las células regulan de manera exquisita la biosíntesis de sus componentes macromoleculares. En el caso de las bacterias, esto implica producir una cantidad adecuada y balanceada de macromoléculas, como ácidos nucleicos y proteínas, y de estructuras celulares esenciales, como la membrana plasmática y el peptidoglicano (PG). Tanto la membrana plasmática como el PG constituyen la envoltura celular por lo que ambas estructuras deben sintetizarse en forma coordinada para permitir el crecimiento bacteriano. A pesar de su relevancia, las bases moleculares de esta coordinación son en gran parte un misterio. En base a esto, el objetivo general de este proyecto es investigar cómo las bacterias Gram-positivas coordinan la síntesis de los lípidos de la membrana plasmática con la biosíntesis de PG, durante el crecimiento celular. Para ello planteamos una estrategia multidisciplinaria, utilizando técnicas de última generación de microscopía de fluorescencia, bioquímica, genética y fisiología bacteriana. Dado que el control adecuado del metabolismo de lípidos y de PG es esencial para la sobrevida de las bacterias, es de esperar que los descubrimientos que surjan de este proyecto posibiliten la identificación de blancos potenciales para el desarrollo de nuevos antibióticos.

Control de la fluidez de Membrana en Bacterias Gram-positivas

Los termosensores son proteínas integrales de membranas ubicuas que cumplen diversos roles fisiológicos, incluyendo el remodelado de la membrana plasmática, quimiotaxis, tacto y dolor. Sin embargo, aún se desconocen prácticamente por completo los mecanismos por los que sus dominios transmembrana (TM) detectan y transmiten las señales de temperatura. La histidín-quinasa DesK de Bacillus subtilis es el ejemplo paradigmático de un termosensor diseñado para remodelar la fluidez de la membrana cuando la temperatura desciende a menos de 30°C, proveyendo así un sistema simple y adecuado para investigar el mecanismo de adaptación térmica mediado por los segmentos TM. Por su parte, la vía Des, controlada por DesK, ofrece un modelo único para estudiar in vivo la localización y dinámica de las proteínas involucradas durante la respuesta adaptativa, aspectos aún desconocidos. Nuestro objetivo a largo plazo es establecer el mecanismo molecular por el que los segmentos TM de la proteína sensora DesK perciben la señal de cambio de temperatura y la transducen en la activación o desactivación de la vía Des así como la distribución celular y dinámica de las proteínas componentes de la vía Des ante cambios de temperatura, y por ende de fluidez de la membrana. Estudiamos estos procesos combinando métodos funcionales (estudios bioquímicos e in vivo) con técnicas como cristalografía y microscopía de súper resolución por localización de moléculas individuales (SMLM), entre otras.

Publicaciones Seleccionadas

  • Revisiting the coupling of fatty acid to phospholipid synthesis in bacteria with FapR regulation. Molecular Microbiology 114, 653-663. Machinandiarena, F., Nakamatsu, L., Schujman, G.E., de Mendoza, D., Albanesi, D. (2020). doi: 10.1111/mmi.14574.
  • Transmembrane prolines mediate signal sensing and decoding in Bacillus subtilis DesK histidine kinase. mBio 10:e02564-19. Fernández, P., Porrini, L., Albanesi, D., Abriata, L.A., Dal Peraro, M., de Mendoza, D., Mansilla, M.C. (2019). doi: 10.1128/mBio.02564-19.
  • A coiled coil switch mediates cold sensing by the thermosensory protein DesK. Molecular Microbiology. 98, 258-271. Saita, E., Abriata, L.A., Tsai, Y.T., Trajtenberg, F., Lemmin, T., Buschiazzo, B., Matteo Dal Peraro, de Mendoza, D., Albanesi, D. (2015). doi: 10.1111/mmi.13118.
  • Allosteric activation of bacterial response regulators: the role of the cognate histidine kinase beyond phosphorylation. mBio 5:e02105-14 Trajtenberg, F., Albanesi, D., Ruétalo, N., Botti, H., Mechaly, A.E., Nieves, M., Aguilar, P.S., Cybulski, L., Larrieux, N., de Mendoza, D., Buschiazzo, A. (2014). doi: 10.1128/mBio.
  • Structural basis for feed-forward transcriptional regulation of membrane lipid homeostasis in Staphylococcus aureus. PLOS Pathogens 9:e1003108. Albanesi, D., Reh, G., Schaeffer, F., Debarbouille, M., Guerin, M.E., Buschiazzo, A., Schujman, G.E., de Mendoza, D., Alzari, P. (2013). doi: 10.1371/journal.ppat.1003108.

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