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Las vesículas de membrana externa ( OMV ) son vesículas liberadas de las membranas externas de las bacterias Gram-negativas . Si bien las bacterias Gram-positivas también liberan vesículas, esas vesículas caen dentro de la categoría más amplia de vesículas de membrana bacteriana (MV). Las OMV fueron las primeras MV en ser descubiertas, y se distinguen de las vesículas de membrana interna externa (OIMV), que son vesículas bacterianas gramnegativas que contienen porciones de la membrana bacteriana externa e interna. [1] Las vesículas de membrana externa fueron descubiertas y caracterizadas por primera vez usando microscopía electrónica de transmisión [2] por el científico indio Prof. Smriti Narayan Chatterjee y J. Das en 1966-67. [3] [4] A las OMV se les atribuye la funcionalidad de proporcionar una manera de comunicarse entre ellas, con otros microorganismos en su entorno y con el huésped. Estas vesículas participan en el tráfico de sustancias bioquímicas de señalización celular bacteriana , que pueden incluir ADN , ARN , proteínas , endotoxinas y moléculas de virulencia relacionadas. Esta comunicación ocurre en cultivos microbianos en los océanos, [5] dentro de animales, plantas e incluso dentro del cuerpo humano. [6]
Las bacterias gramnegativas despliegan su periplasma para secretar OMV para el tráfico de bioquímicos bacterianos a células diana en su entorno. Las OMV también pueden transportar lipopolisacáridos endotóxicos que pueden contribuir a procesos patológicos en su huésped. [7] [8] Este mecanismo imparte una variedad de beneficios como la entrega a larga distancia de carga secretora bacteriana con degradación hidrolítica y dilución extracelular minimizadas, también complementadas con otras moléculas de apoyo (por ejemplo, factores de virulencia) para lograr un trabajo específico y, sin embargo, mantener una distancia segura del arsenal de defensa de las células diana. Las señales bioquímicas traficadas por OMV pueden variar en gran medida durante situaciones de "guerra y paz". En colonias bacterianas "complacientes", las OMV pueden usarse para transportar ADN a microbios "relacionados" para transformaciones genéticas, y también translocar moléculas de señalización celular para detección de quórum y formación de biopelículas . Durante el "desafío" de otros tipos de células alrededor, las OMV pueden ser preferidas para transportar enzimas de degradación y subversión. Asimismo, las OMV pueden contener más proteínas de invasión en la interfaz huésped-patógeno (Fig. 1). Se espera que los factores ambientales alrededor de los microbios secretores sean responsables de inducir a estas bacterias a sintetizar y secretar OMV específicamente enriquecidos, adecuados fisiológicamente para la tarea inmediata. Por lo tanto, las OMV bacterianas, al ser inmunomoduladores fuertes , [9] pueden manipularse por sus contenidos inmunogénicos y utilizarse como potentes vacunas libres de patógenos [10] para inmunizar a humanos y animales contra infecciones amenazantes . VA-MENGOC-BC y Bexsero contra la meningitis son actualmente las únicas vacunas OMV aprobadas en los EE. UU., aunque una vacuna OMV para la gonorrea está buscando aprobación. [11] [12]
Las bacterias gramnegativas tienen un doble conjunto de bicapas lipídicas . Una bicapa interna, la membrana celular interna , encierra el citoplasma o citosol . Rodeando esta membrana celular interna hay una segunda bicapa llamada membrana externa bacteriana . El compartimento o espacio entre estas dos membranas se llama periplasma o espacio periplásmico . Además, hay una pared celular firme que consiste en una capa de peptidoglicano , que rodea la membrana celular y ocupa el espacio periplásmico. La capa de peptidoglicano proporciona cierta rigidez para mantener la forma de la célula bacteriana, además de proteger al microbio contra entornos desafiantes.
El primer paso en la biogénesis de las OMV bacterianas gramnegativas, [13] es el abultamiento de la membrana externa por encima de la capa de peptidoglicano. Se cree que la acumulación de fosfolípidos en el exterior de la membrana externa es la base de este abultamiento hacia afuera de la membrana externa. [14] Esta acumulación de fosfolípidos puede ser regulada por el sistema de transporte ABC VacJ/Yrb que transfiere fosfolípidos desde el exterior de la OMV al lado interno. [14] Además, las condiciones ambientales como el agotamiento de azufre pueden desencadenar un estado de sobreproducción de fosfolípidos que causa un aumento de la liberación de OMV. [15]
La liberación real de la vesícula de la membrana externa aún no está clara. Es probable que las estructuras de la vesícula puedan liberarse espontáneamente. Alternativamente, se ha sugerido que algunas proteínas "remachan" las membranas externa y celular juntas, de modo que el bulto periplásmico sobresale como un bolsillo "globo" de periplasma inflado desde la superficie de la membrana externa. La difusión lateral de "complejos de remaches" puede ayudar a separar grandes bultos de periplasma como OMV. [16]
La dispersión de vesículas de membrana bacteriana a lo largo de la superficie celular se midió en Escherichia coli viva , bacteria comensal común en el intestino humano. El tratamiento con antibióticos alteró la dinámica de las vesículas, la afinidad vesícula-membrana y las propiedades de la superficie de las membranas celulares, mejorando generalmente el transporte de vesículas a lo largo de las superficies de las membranas bacterianas y sugiriendo que sus propiedades de movimiento podrían ser una señal de estrés antibiótico. [17] A pesar de este primer seguimiento cuantitativo de alta resolución de OMV bacterianas, aún se espera trabajo experimental detallado para comprender la biomecánica de la biogénesis y el transporte de OMV. Las OMV también están bajo el foco de la investigación actual en exocitosis en procariotas a través del tráfico de vesículas de membrana externa para señalización celular intra-especie, inter-especie e inter-reino , que está programado para cambiar nuestra mentalidad sobre la virulencia de los microbios, las interacciones huésped-patógeno y las interrelaciones entre la variedad de especies en el ecosistema de la Tierra .