La misteriosa molécula en la bacteria se revela como un guardián
Estructuras inusuales en las células bacterianas impiden que la infección viral se extienda
En muchas especies de bacterias se encuentran curiosas estructuras híbridas llamadas retrones que son mitad ARN y mitad ADN de una sola cadena. Desde su descubrimiento hace unos 35 años, los investigadores han aprendido a utilizar los retrones para producir cadenas individuales de ADN en el laboratorio, pero nadie sabía cuál era su función en las bacterias, a pesar de las numerosas investigaciones sobre el tema. En un artículo publicado en Cell, un equipo del Instituto de Ciencia Weizmann informa sobre la resolución del antiguo misterio: Los "retrons" son "guardianes" del sistema inmunológico que aseguran la supervivencia de la colonia bacteriana cuando es infectada por virus. Además de descubrir una nueva estrategia utilizada por las bacterias para protegerse contra la infección viral - una que es sorprendentemente similar a la empleada por los sistemas inmunes de las plantas - la investigación reveló muchos nuevos retrons que podrían, en el futuro, añadirse al conjunto de herramientas de edición del genoma.
La primera fila: La bacteria E coli que contiene un retrón rompe las membranas de la célula alrededor de 15 minutos después de la infección (centro) El rojo revela los agujeros en las membranas a medida que las células mueren. (Derecha) 45 minutos después de la infección con un fago, muchas células han muerto, pero unas pocas permanecen para reiniciar el crecimiento. Abajo: las bacterias que carecen de este retrón se ven bien después de 15 minutos, pero 45 minutos después, las células infectadas han muerto y el ADN viral se ha derramado, en su camino hacia las pocas células restantes
the Weizmann Institute of Science
El estudio, realizado en el laboratorio del Prof. Rotem Sorek del Departamento de Genética Molecular del Instituto, fue dirigido por Adi Millman, la Dra. Aude Bernheim y Avigail Stokar-Avihail en su laboratorio. Sorek y su equipo no se propusieron resolver el misterio de Retron, sino que buscaban nuevos elementos del sistema inmunológico bacteriano, específicamente elementos que ayuden a las bacterias a defenderse de las infecciones virales. Su búsqueda fue facilitada por su reciente descubrimiento de que los genes del sistema inmunológico de las bacterias tienden a agruparse en el genoma dentro de las llamadas islas de defensa. Cuando descubrieron la firma única de retron dentro de una isla de defensa bacteriana, el equipo decidió investigar más a fondo.
Su investigación inicial mostró que este retron estaba definitivamente involucrado en la protección de las bacterias contra los virus conocidos como fagos que se especializan en la infección de bacterias. A medida que los investigadores observaron más de cerca otros retrones ubicados cerca de los genes de defensa conocidos, encontraron que los retrones siempre estaban conectados - física y funcionalmente - a otro gen. Cuando el gen acompañante o el retrón estaba mutado, las bacterias tenían menos éxito en la lucha contra la infección de los fagos.
Los investigadores se propusieron entonces buscar más complejos de este tipo en las islas de defensa. Finalmente, identificaron unos 5.000 retrones, muchos de ellos nuevos, en diferentes islas de defensa de numerosas especies bacterianas.
Para comprobar si estos retrones funcionan, en general, como mecanismos inmunes, los investigadores transplantaron muchos retrones, uno por uno, en células bacterianas de laboratorio que carecían de retrones. Como sospechaban, en un gran número de estas células encontraron retrones protegiendo a la bacteria de la infección fágica.
¿Cómo hacen esto los retrones? Centrándose en un tipo particular de retrón y rastreando sus acciones frente a la infección fágica, el equipo de investigación descubrió que su función es causar que la célula infectada se suicide. El suicidio celular, que una vez se pensó que pertenecía únicamente a organismos multicelulares, es el último medio para abortar una infección generalizada, si el mecanismo suicida funciona lo suficientemente rápido como para matar a la célula antes de que el virus termine de hacer copias de sí mismo y se extienda a otras células.
Investigaciones posteriores mostraron que los retrones no sienten la invasión fágica en sí misma, sino que vigilan otra parte del sistema inmunológico conocida como RecBCD, que es una de las primeras líneas de defensa de la bacteria. Si se da cuenta de que el fago ha manipulado el RecBCD de la célula, el retron activa su programa a través de los segundos genes vinculados para matar a la célula infectada y proteger al resto de la colonia.
"Es una estrategia inteligente, y descubrimos que funciona de manera similar a un mecanismo de defensa empleado en las células vegetales", dice Sorek. "Al igual que los virus que infectan las plantas, los fagos vienen equipados con una variedad de inhibidores para bloquear diversas partes de la respuesta inmune de la célula. El retrón, como un mecanismo de guardia que se sabe que existe en las plantas, no necesita ser capaz de identificar todos los posibles inhibidores, sólo tener un control sobre el funcionamiento de un complejo inmunológico en particular. Las células vegetales infectadas aplican este método de "infección abortiva", matando una pequeña región de una hoja o raíz, en un esfuerzo por salvar a la propia planta. Como la mayoría de las bacterias viven en colonias, esta misma estrategia puede promover la supervivencia del grupo, incluso a expensas de los miembros individuales".
Las razones son tan útiles para la biotecnología porque comienzan con un trozo de ARN, que es la plantilla para la síntesis de la cadena de ADN. Esta plantilla en la secuencia de retron puede ser cambiada por cualquier secuencia de ADN deseada y utilizada, a veces en conjunto con otra herramienta prestada del kit de herramientas de inmunidad bacteriana - CRISPR - para manipular los genes de varias maneras. Sorek y su equipo creen que dentro de la diversa lista de retrones que identificaron pueden estar escondiendo más de unos pocos que podrían proporcionar mejores plantillas para necesidades específicas de edición de genes.
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
Publicación original
Más noticias del departamento ciencias
Reciba la industria de las ciencias biológicas en su bandeja de entrada
No se pierda nada a partir de ahora: Nuestro boletín electrónico de biotecnología, productos farmacéuticos y ciencias de la vida le pone al día todos los martes y jueves. Las últimas noticias del sector, los productos más destacados y las innovaciones, de forma compacta y fácil de entender en su bandeja de entrada. Investigado por nosotros para que usted no tenga que hacerlo.
