AUna búsqueda sigilosa está en marcha en los bosques de los Países Bajos. Sentarse encima de una brizna de hierba, esperando el momento de su próxima ingesta de sangre, es un tic duro. Se adhiere a una pierna expuesta de una víctima desprevenida, se clava en la piel y comienza a alimentarse. La saliva pegajosa y rica en proteínas de la garrapata se transforma en un cono de cemento sólido para mantenerla fijada a la piel durante días. Este líquido que cambia de forma es el bioadhesivo para las garrapatas.
Muchos otros animales (mejillones, gusanos castillos de arena y arañas) producen bioadhesivospero Siddharth Deshpandebiofísico de la Universidad e Investigación de Wageningen, se quedó atrapado en la idea de estudiar el pegamento para garrapatas.1 “El adhesivo para garrapatas es increíblemente único en el sentido de que está en contacto directo con la piel humana. Todos los demás bioadhesivos básicamente se adhieren a rocas o sustratos duros, no a sustratos vivos”, dijo Deshpande.
Siddharth Deshpande, biofísico de la Universidad e Investigación de Wageningen, está fascinado por los sistemas vivos y estudia cómo las biomoléculas se autoensamblan en estructuras funcionales.
Kseniya Hlinka
Sin embargo, no se sabía mucho sobre los mecanismos adhesivos de la saliva de las garrapatas. Ahora, en un nuevo estudio, Deshpande y su equipo describieron cómo transiciones de fase de una proteína de la saliva de la garrapata Contribuir a la formación del cono de cemento.2 “Este es el primer informe sobre las garrapatas sobre la química física detrás de su adhesión”, dijo Deshpande. Estos hallazgos, publicados en Química de la naturalezapodría guiar el desarrollo de nuevas estrategias de control de garrapatas y la síntesis de selladores de tejidos mejorados para la cicatrización de heridas.
“Es extremadamente emocionante y validador ver cuán consistentemente este material se superpone con el comportamiento de otros bioadhesivos”, dijo David Breslauercientífico de materiales y director de tecnología de Bolt Threads, una empresa que produce seda de araña genéticamente modificada, que no participó en el estudio.
La saliva de las garrapatas es abundante en proteínas ricas en glicina (GRP). Una vez que el animal comienza a alimentarse de sangre, la expresión de GRP en la saliva aumenta, posiblemente proporcionando fuerza e insolubilidad al animal. cono de cemento.3 Las regiones ricas en glicina pueden prevenir el plegamiento de proteínas, lo que las hace comunes en proteínas intrínsecamente desordenadasque no tienen una estructura tridimensional estable. Estas proteínas pueden revolotear entre varias conformaciones y establecer múltiples interacciones con moléculas vecinas, facilitando la concentración de biomoléculas en gotitas microscópicas. La manifestación de tales condensados líquidos en una solución de biomoléculas se llama separación de fases líquido-líquido (LLPS)—como cuando el aceite se separa del agua en una solución.4
Deshpande ha estado interesado en la separación de fases durante mucho tiempo. Cuando se topó con GRP en la saliva de las garrapatas, Deshpande inmediatamente pensó que una solución de estas proteínas podría separar las fases. Para validar su teoría, se centró en un fragmento de GRP de 77 aminoácidos de longitud (GRP77), del cual el 26 por ciento es glicina, en la garrapata dura. Ixodes escapular. AlfaFold predijo que GRP77 está muy desordenado, lo que lo convierte en un candidato ideal para LLPS. Deshpande y sus colegas utilizaron un ensayo sencillo para confirmar esto.
La separación de fases es un proceso dependiente de la concentración. Un método experimental común para observar este fenómeno es el ensayo de evaporación de gotas, que se basa en el efecto del anillo de café: cuando una gota de café cae sobre la mesa, se evapora para dejar un anillo oscuro concentrado de sedimentos de café. Dado que los componentes de la saliva secretada por las garrapatas también se concentran mediante la pérdida de agua, el equipo probó si una pequeña gota de solución fluorescente GRP77 sintetizada artificialmente mostraba una separación de fases cuando se evaporaba. Aproximadamente 15 minutos después de que los investigadores colocaron la gota sobre una superficie de vidrio, observaron una intensa fluorescencia en el límite de la gota y la manifestación de un borde. Poco después, vieron la aparición de numerosas gotas del tamaño de una micra ricas en GRP77 flotando en el borde diluido del tampón, una clara señal de LLPS. Deshpande estaba extasiado al verlos. “No es muy frecuente que suceda lo que pensabas en el primer intento”, dijo.
A continuación, Deshpande y sus colegas imitaron algunas otras características de la saliva de las garrapatas que inducen LLPS, en particular la presencia de sales. Al agregar sales de fosfato a la gota de proteína, observaron una formación inmediata de condensados de fases separadas de GRP77.
“Estaba bastante seguro de que la proteína sufriría una separación de fases, pero nos esperaban grandes sorpresas”, dijo Deshpande. Al evaporar una gota con una alta concentración de GRP77, vio bajo el microscopio redes parecidas a geles o, en ocasiones, láminas estiradas, que parecían etapas intermedias entre la saliva líquida y el cono de cemento sólido.
Los investigadores están estudiando proteínas ricas en glicina (verdes) en la saliva de las garrapatas para comprender cómo el insecto permanece adherido a la piel durante días. Las soluciones de proteínas se someten a una separación de fases y se transforman de líquido a sólido.
Polina Turbina, Universidad de Wageningen e Investigación
Para ver si podían crear una estructura más sólida, el equipo dejó secar las gotas de solución de proteína y sal durante horas. Cuando vieron la aparición de cúmulos estables, Deshpande se preguntó: “Está bien, estamos recibiendo condensados, pero ¿son pegajosos?”. Resultó que los cúmulos eran muy pegajosos: necesitaban cuatro órdenes de fuerza de mayor magnitud para separarlos de la superficie, en comparación con los condensados de GRP77 sin sales.
Por último, los autores tenían curiosidad por ver si la saliva natural también presenta separación de fases. Después de múltiples viajes al bosque local, arrastrando un paño sobre la hierba, consiguieron suficientes garrapatas para extraer una cantidad utilizable de saliva. Un ensayo de evaporación de gotas reveló abundantes condensados esféricos que se transformaban en estructuras similares a fibras al agregar sal.
Estos hallazgos son los primeros pasos hacia diversos desarrollos potenciales, como vacunas contra las garrapatas y pegamentos médicos. “Tiene mucho sentido buscar soluciones basadas en la naturaleza en lugar de intentar inventar bioadhesivos”, afirmó Romana Santosbiólogo marino de la Universidad de Lisboa que investiga la adhesión de los erizos de mar y no participó en el estudio. “Han estado trabajando por los animales durante tanto tiempo, ¿por qué no deberían trabajar para nosotros?” Santos también tiene curiosidad por saber cómo se desprende la garrapata del cono de cemento y de la piel. “Los percebes y los mejillones también producen cemento y viven pegados al cemento toda su vida. Pero la garrapata puede desprenderse”, dijo.
Deshpande ahora tiene la mira puesta en estudiar el comportamiento de otros GRP en la saliva de las garrapatas y cómo podrían trabajar juntos para formar el cono de cemento. “Esto realmente me ha abierto un campo de investigación completamente nuevo”, afirmó. “No soy ni un investigador de garrapatas ni un investigador de bioadhesión, pero ahora, de repente, lo soy”.