Última línea de defensa: cómo se protegen las poblaciones bacterianas contra las infecciones víricas
La proteína dinamina bacteriana está implicada en un mecanismo de protección hasta ahora desconocido contra las infecciones por bacteriófagos
Las bacterias, como organismos unicelulares, son atacadas por virus especializados, los llamados bacteriófagos o fagos para abreviar. Para defenderse de las infecciones por fagos, las bacterias cuentan con un mecanismo de protección en varias fases, que en principio consta de componentes de un sistema inmunitario innato y otro adquirido, al igual que en los organismos más complejos. Puede interrumpir el curso de una infección en varios puntos, por ejemplo, impidiendo la unión de un fago a la superficie celular y la inyección de ADN fago en la célula, eliminando específicamente la información genética extraña o impidiendo que el fago se replique en la célula.
Micrografía de transmisión de electrones de un bacteriófago: Estos virus específicos de las bacterias replican primero su ADN en las células bacterianas infectadas, luego autoensamblan su progenie a partir de proteínas específicas y la liberan tras la disolución de las células huésped.
© Dr Urška Repnik, Central Microscopy, Kiel University
Las proteínas dinaminas bacterianas intervienen al final del ciclo de infección y contribuyen a ralentizar considerablemente la lisis celular, reduciendo así la liberación de la progenie del fago.
© Prof. Marc Bramkamp
Un equipo de investigación de la Universidad de Kiel ha conseguido ahora identificar un mecanismo de protección adicional en esta cascada de defensa bacteriana. Los científicos del grupo de Bioquímica Microbiana y Biología Celular, dirigidos por el profesor Marc Bramkamp, investigaron las proteínas de la llamada familia de las dinaminas, cuya participación en diversos procesos en las membranas celulares de los organismos multicelulares ya era conocida. Los investigadores de Kiel descubrieron que la dinamina también desempeña un papel importante en la defensa de las bacterias contra las infecciones: Al mantener una membrana celular intacta, las proteínas impiden que las células bacterianas estallen y distribuyan así de forma explosiva los fagos que contienen. De este modo, añaden otra barrera a la protección de las bacterias contra las infecciones, que puede inhibir la propagación de los virus en la población bacteriana a pesar de las células ya infectadas. Los investigadores de Kiel han publicado los resultados de su nueva investigación junto con sus colegas de la Universidad de Marburgo en la revista mBio.
La dinamina fusiona las membranas celulares
Las proteínas dinaminas participan en numerosos procesos celulares de los organismos multicelulares que se centran principalmente en las interacciones con las membranas. Entre ellos se encuentra, por ejemplo, la constricción de pequeños componentes de la membrana, las vesículas, que en los organismos multicelulares transportan sustancias mensajeras entre las células del sistema nervioso. Hace unos años, el grupo de investigación de Bramkamp pudo demostrar que las dinaminas también se dan en organismos unicelulares como las bacterias, donde son capaces de mantener unidos los componentes de la membrana formando los llamados oligómeros. "Hasta ahora se desconocía por qué las bacterias poseen esta capacidad. Sin embargo, en los organismos multicelulares, proteínas similares participan en la lucha contra las infecciones víricas, por lo que sospechamos que también podrían desempeñar un papel en la defensa inmunitaria bacteriana", explica Bramkamp.
Si los bacteriófagos se encuentran con una población bacteriana, depende del tipo de fago cómo se produce la infección. Algunos patógenos penetran en la bacteria e incorporan su material genético al cromosoma del huésped. Sin embargo, los fagos sólo se multiplican y, por tanto, tienen consecuencias nocivas para las células bacterianas cuando el organismo anfitrión está estresado. Este modo también ocurre con numerosos virus que infectan al ser humano y que sólo desencadenan los síntomas de la enfermedad cuando el sistema inmunitario está debilitado. Otros patógenos, los llamados bacteriófagos líticos, en cambio, provocan un ciclo de infección diseñado para la reproducción y propagación directa. Si la célula bacteriana no consigue interrumpir este curso, la infección termina con su destrucción: una proteína fágica perfora la membrana celular, lo que provoca el estallido y la posterior propagación de los fagos, que a su vez causan numerosas infecciones adicionales.
Última línea de defensa contra las infecciones por fagos
Para aclarar la cuestión de si la dinamina también está relacionada con la defensa contra los virus en las bacterias, los investigadores de Kiel realizaron experimentos con el organismo modelo bacteriano Bacillus subtilis. Investigaron si la presencia o ausencia de dinamina en las células bacterianas tiene un efecto en el curso de una infección por fagos. Para ello, crearon experimentalmente diferentes cultivos bacterianos en los que la dinamina estaba ausente o aumentada. "Resultó que cuando la dinamina estaba ausente, los cultivos se volvían muy sensibles a las infecciones por fagos y se infectaban con mucha más rapidez y eficacia. Por el contrario, las células con la dinamina aumentada mostraban una resistencia casi total a las infecciones por fagos", subraya Bramkamp.
Para explicar la conexión funcional, los investigadores observaron paso a paso el mecanismo de infección y el papel de la dinamina en él. "El ciclo transcurre inicialmente con normalidad, desde la adhesión del fago hasta su multiplicación en el interior de la célula. Sin embargo, la dinamina aparece al final relacionada con un mecanismo de resistencia adicional. Asegura que las células infectadas se lisen con retraso, es decir, que se destruyan más lentamente y, sobre todo, que no estallen de forma explosiva", afirma Bramkamp. Los investigadores pudieron confirmar este efecto mediante técnicas de imagen: Las células teñidas con fluorescencia mostraron que la integridad celular se mantiene durante más tiempo en presencia de dinamina. "Además, pudimos observar cómo las proteínas de la dinamina se acumulan en la membrana celular. La proteína ya no se distribuye de forma uniforme y dinámica en la célula bacteriana tras la infección. En su lugar, se reúne en la posición en la que la membrana celular es atacada y retrasa significativamente su ruptura", explica el coautor Peter Graumann, profesor de Bioquímica de la Universidad de Marburgo.
Aunque la presencia de la dinamina no puede impedir que se destruyan las células bacterianas infectadas, el mecanismo sigue contrarrestando eficazmente la infección: Al impedir la propagación explosiva, se dificulta la distribución de los fagos en la población y, por tanto, la infección se extiende más lentamente; al mismo tiempo, las fases adicionales de defensa de los fagos bacterianos pueden volver a surtir efecto en la población general. El efecto protector de la dinamina actúa de forma no específica e incluye por igual a las especies de fagos líticos y no líticos. "Esto crea una última línea de defensa que complementa otros mecanismos de resistencia anteriores en el ciclo de infección. A nivel poblacional, las bacterias se vuelven así significativamente menos sensibles a las infecciones por fagos, lo que supone una importante ventaja evolutiva", resume Bramkamp.
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.
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