Sistemas toxina-antitoxina: maquinarias para secuestrar las poblaciones infectadas

O mía o de nadie: el egoísmo hecho sistema biológico

Hay sistemas sociales que tienen semejanzas con este tipo de sistemas toxina-antitoxina. Por ejemplo la pertenencia a:  mafia, determinadas sectas, partidos de extrema derecha o extrema izquierda, grupos terroristas...

Tipos de sistemas TA y mecanismo de acción

Textos y figuras extraídas de la tesis de grado de Victor Fernández Juárez. Los sistemas TA son un grupo muy heterogéneo y que se clasifican en función del mecanismo de acción de la antitoxina, de tal manera que las diferentes familias de TA se agrupan en cinco tipos (Mruck, 2014), tal y como se ve en la figura 2. En el tipo I, la antitoxina es un mRNA que se comporta como un antisentido al mRNA de la toxina, formando un híbrido que será degradado; tipo II, tanto la toxina como la antitoxina se codifican como proteínas que interaccionan formando un complejo en el que se inactiva la toxina, y además la propia antitoxina puede tener un dominio de unión al DNA regulando el locus toxina-antitoxina; En el tipo III, la toxina se codifica como una proteína mientras que la antitoxina es un RNA que interacciona directamente con la dicha toxina, inactivándola; en el tipo IV, nuevamente ambas se codifican como proteínas, pero en este caso la antitoxina protege las dianas que ataca la toxina; en el tipo V, la antitoxina se codifica como una proteína y se comporta como una ribonucleasa eliminando el mRNA de la toxina.

En los sistemas TA de tipo I, generalmente la toxina que se codifica es una pequeña proteína  hidrofóbica que se inserta en la membrana plasmática, generando un poro que afecta al  potencial de membrana, inhibiendo la síntesis de ATP. El sistema TA mejor estudiado es el hok/sok,sistema en el cual Hok se comporta como una toxina que afecta a las membranas celulares y Sok es la antitoxina, cuyo RNA se une al mRNA de la toxina propiciando su degradación y su neutralización. Los sistemas TA de tipo II se encuentran ampliamente distribuidos en multitud de especies de bacterias y existe toda una amplia gama de familias que forman parte de este tipo, tal y como se ve en la tabla 2, destacando las familias mazEF, phd/doc, vapBC, ccdAB, epsilon/zeta y hipAB (Wen, 2014). Las toxinas codificadas tienen numerosas dianas que afectan principalmente a la replicación, síntesis proteica y la síntesis de la pared celular, como se observa en la tabla 2. En condiciones de estrés, la antitoxina codificada es degradada por proteasas dependientes de ATP tales como las de la familia Lon o Clp, de manera que la toxina escapa del control de la antitoxina y puede llevar a cabo su efecto en las dianas mencionadas. En los sistemas TA de tipo III, las antitoxinas son pequeños RNA transcritos de pequeñas secuencias en tándem corriente arriba de la secuencia que codifica para la toxina. El primer sistema descrito fue el toxN/toxI en el cual ToxN se comporta como una toxina proteica con actividad ribonucleasa como se puede ver en la tabla 2, mientras que ToxI es un pequeño RNA que se une a la toxina inhibiéndola. Los sistemas TA de tipo III podrían tener un efecto protector contra los bacteriófagos.

Los sistemas TA de tipo IV y V, son los dos últimos sistemas descubiertos, y solo se conoce un sistema TA de cada uno. En el tipo IV se conoce el sistema cbtA/cbeA también llamado yeeU/yeeV, en el cual la antitoxina CbeA interacciona con el citoesqueleto, evitando la unión de la toxina CbtA a esta estructura, cuya acción es la de inhibir la polimerización del citoesqueleto como se observa en la tabla II, inhibiendo la división celular. En el tipo V se conoce el sistema GhoT-GhoS, en el cual la antitoxina GhoS es una proteína con actividad ribonucleasa que degrada el mRNA de la toxina GhosT, cuya acción es la de lisar la membrana celular, tal y como se ve en la tabla 2.

Bibliografía

Mruk I, Kobayashi I. To be or not to be: Regulation of restriction-modification systems and other toxin-antitoxin systems. Nucleic Acids Res. 2014;42(1):70-86. 

Wen Y, Behiels E, Devreese B. Toxin-Antitoxin systems: Their role in persistence, biofilm formation, and pathogenicity. Pathog Dis. 2014;70(3):240-9.