Sistema de secreción tipo IX

El sistema de secreción de tipo IX es un sistema especializado de secreción bacteriana de proteínas que se encuentra en el superfilo Fibrobacteres-Chlorobi-Bacteroidetes . Desempeña un papel crucial en varios procesos celulares, incluida la motilidad por deslizamiento ^{[ 1 ]} y la secreción de factores de virulencia en Porphyromonas gingivalis ^{[ 2 ]} . Hasta la fecha, se han identificado al menos diecinueve componentes del T9SS, aunque su arquitectura precisa y sus funciones mecanísticas aún no se comprenden completamente.

Los sistemas de secreción bacteriana se presentan en diversas variedades. Se trata de complejos intrincados de proteínas incorporadas en las membranas de numerosas especies bacterianas. Estas proteínas son utilizadas por las bacterias para expulsar y transportar enzimas, proteínas y moléculas intracelulares a través de la membrana citoplasmática hacia una célula huésped o hacia el espacio extracelular circundante. El tipo de sistema de secreción utilizado depende de la función requerida y del tipo de célula que lo utiliza. Una bacteria didérmica patógena gramnegativa podría emplear las proteínas unidas a la membrana de un sistema de secreción para inyectar toxinas en la célula huésped, mientras que un sistema de secreción de tipo IX (T9SS) podría utilizarse únicamente para secretar proteínas al espacio extracelular. ^{[ 4 ]}

Varios componentes de este sistema se habían descubierto previamente ya en 2005. ^{[ 5 ]} Específicamente, PorT y su capacidad para transportar gingipaínas en los entonces novedosos organismos Flavobacterium johnsoniae y Porphyromonas gingivalis . Estos componentes finalmente llevaron a la diferenciación del T9SS, distinguiéndolo de los demás. A través de la acumulación de otras investigaciones realizadas en estos dos nuevos organismos, se identificaron proteínas específicas en patrones que se utilizan para funciones similares en Bacteroidetes. Se observó que las proteínas GldK, GldL, GldM y GldN en F. johnsoniae eran necesarias para que las células tuvieran motilidad y la capacidad de usar quitina. Y el transporte de proteasa solo se posibilitaba en especímenes de P. gingivalis si las proteínas PorT, PorL, PorM, PorN, PorK, SprA/Sov estaban presentes y eran funcionales dentro de la célula. Un descubrimiento posterior de que PorT también era necesario para la facilitación de la membrana de la quitinasa en F. johnsoniae condujo a la observación posterior de que la lista de proteínas mencionada anteriormente conformaba un sistema de secreción completamente único. ^{[ 3 ]}

Anteriormente conocidos como sistemas de secreción de Porphyromonas (PorSS), debido a su descubrimiento en Porphyromonas gingivalis , los sistemas de secreción de tipo IX fueron reconocidos oficialmente y renombrados en 2010 como el noveno sistema de secreción por grupos de investigación dirigidos por MJ McBride y K. Nakayama. ^{[ 6 ]} Estos grupos de investigación encontraron que los sistemas de secreción de tipo IX son exclusivos del filo Bacteroidetes y que están presentes en la mayoría de las especies dentro de ese filo. ^{[ 6 ]} Investigaciones posteriores llevadas a cabo por SS Abby ^{[ 7 ]} encontraron que alrededor del 62% de los miembros del filo Bacteroidetes contienen el T9SS. ^{[ 7 ]}

El único filo de bacterias que alberga un T9SS, Bacteroidetes, se encuentra ampliamente distribuido en el tracto gastrointestinal de los mamíferos . Si bien su presencia es más fuerte en las heces, hasta el 20% de todas las bacterias presentes en la cavidad oral de los mamíferos pueden pertenecer al filo Bacteroidetes. ^{[ 8 ]} Aunque los mamíferos albergan una fuerte presencia de estas bacterias T9SS, Bacteroidetes también se puede encontrar en equinodermos , artrópodos y aves . ^{[ 8 ]} Esto ilustra que la presencia de T9SS es relativamente generalizada.

Es probable que el sistema de secreción de tipo IX haya evolucionado a partir de antiguos sistemas de transporte de proteínas adaptados a la motilidad por deslizamiento y a las interacciones ambientales en Bacteroidetes . Los estudios genómicos sugieren que los componentes del T9SS podrían haber evolucionado en paralelo con los del sistema de secreción de tipo VI (T6SS), compartiendo similitudes estructurales y de transducción de energía. A diferencia de los sistemas de tipo inyectosoma, el T9SS se desarrolló principalmente para la secreción al medio extracelular en lugar de a las células huésped, lo que respalda sus funciones ecológicas únicas. ^{[ 4 ]}

El sistema de secreción bacteriana de tipo IX contiene 18 genes que son necesarios para su correcto funcionamiento. ^{[ 9 ]} Hay muchos genes en el genoma de P. gingivalis que codifican partes específicas del sistema de secreción que se encuentran en varias áreas, mientras que los genes PorK-PorL-PorM-PorN-PorP se transcriben juntos.

La rotación del T9SS puede utilizarse para permitir la motilidad celular en forma de deslizamiento. ^{[ 11 ]} También puede utilizarse para secretar diversas proteínas al medio extracelular. ^{[ 13 ]} Estas proteínas secretadas incluyen: factores de virulencia , adhesinas, proteínas de superficie protectoras, proteínas de carga y enzimas como enzimas hidrolíticas , celulasas , quitinasas y proteasas , cada una con diferente utilidad para la célula. ^{[ 9 ]}

Los factores de virulencia secretados actúan como recubrimiento para la célula y las vesículas que libera. Este recubrimiento permite que dichas vesículas empaquetadas entren en una célula huésped y debiliten la respuesta inmunitaria del huésped. Los factores de virulencia presentes en las vesículas contribuyen a la evasión inmunitaria, pero también pueden desencadenar respuestas inflamatorias en los tejidos del huésped. ^{[ 14 ]}

Las adhesinas actúan uniendo la célula a otras células y asegurando que pueda acoplarse y fijarse a otras superficies que serían más beneficiosas para su supervivencia. Estas adhesinas secretadas ayudan a establecer biopelículas alrededor de las células, lo que contribuye a resistir el estrés externo y a aumentar la resiliencia celular al entorno. ^{[ 15 ]}

Las enzimas que se pueden secretar se utilizan para la degradación de moléculas extracelulares para la adquisición de nutrientes del medio ambiente, o para la protección mediante la escisión de proteínas plasmáticas del complemento o péptidos presentes en el medio ambiente. ^{[ 9 ]} El T9SS también ayuda a las bacterias no patógenas a sobrevivir en la naturaleza. En las especies marinas, favorece la degradación de las algas y contribuye al reciclaje de nutrientes y al ciclo del carbono. El T9SS no solo es importante para las infecciones. Desempeña un papel clave en el medio ambiente, especialmente en las bacterias marinas que lo utilizan para degradar carbohidratos complejos como la quitina y la celulosa . Esto ayuda a reciclar nutrientes en los ecosistemas acuáticos. ^{[ 14 ]}

Los investigadores también están estudiando el sistema de secreción tipo 9 (T9SS) para usos industriales, como la producción de enzimas, el tratamiento de aguas residuales y la conversión de materia vegetal en energía. Su singular mecanismo de secreción podría ser útil para futuras aplicaciones biotecnológicas.

El sistema de secreción tipo 9 (T9SS) es utilizado por las bacterias para la liberación de una amplia gama de proteínas, incluyendo factores de virulencia que pueden aumentar la patogenicidad bacteriana. Algunos de los principales patógenos se denominan gingipaínas y son Kgp, RgpA y RgpB. Las gingipaínas son factores de virulencia que causan alrededor del 85% de la degradación o proteólisis de proteínas, contribuyendo significativamente a las afecciones inflamatorias y a la destrucción del tejido periodontal. ^{[ 9 ]} El T9SS también puede ser un componente importante de la motilidad para diversos sistemas bacterianos. ^{[ 2 ]} Las proteínas que componen este sistema rotatorio ensamblado externamente pueden ser reconocidas, al igual que otros patrones moleculares asociados a patógenos (PAMP) , por el sistema inmunitario innato del huésped , lo que da lugar a cascadas del complemento . Estas proteínas plasmáticas se encuentran con las proteínas de carga enzimáticas del T9SS y se vuelven susceptibles a la degradación. ^{[ 9 ]}

La peptidil arginina deiminasa de Porphyromonas (PPAD) es una enzima que, además, se descubrió que se utiliza exclusivamente con un sistema de secreción tipo 9 (T9SS) en P. gingivalis . Esta enzima degrada y altera las estructuras proteicas al convertir los residuos de arginina presentes en las proteínas en citrulina , una molécula con carga neutra . La secreción de PPAD puede contribuir a diversas enfermedades inflamatorias y desreguladoras. La periodontitis y la artritis reumatoide (AR) se encuentran entre las enfermedades más comunes a las que puede contribuir la PPAD; otras enfermedades incluyen la psoriasis , la esclerosis múltiple (EM) , la enfermedad de Alzheimer e incluso algunos tipos de cáncer . ^{[ 9 ]}

Los tratamientos terapéuticos para bacterias con liberación de T9SS incluyen la administración de antibióticos adecuados, que también pueden actuar sobre las enzimas proteolíticas que secretan los T9SS. Se observó que los extractos de arándano y arroz también tenían cierto éxito en la inhibición de la actividad de las gingipaínas y en la prevención de la formación y el crecimiento de biopelículas patógenas . ^{[ 17 ]}