Un baluarte en la lucha contra los virus: descifrado el nuevo sistema inmunitario bacteriano
Un equipo internacional de investigadores describe por primera vez la estructura y el funcionamiento del sistema Zorya
Las bacterias están constantemente infectadas por virus, los llamados fagos, que las utilizan como células huésped. Sin embargo, en el curso de la evolución, las bacterias han desarrollado diversas estrategias para protegerse de estos ataques. Muchos de estos sistemas de inmunidad bacteriana se conocen desde hace mucho tiempo. El Prof. Dr. Marc Erhardt y el Prof. Dr. Philipp Popp, ambos del Instituto de Biología de la Humboldt-Universität zu Berlin, junto con colegas de Dinamarca y Nueva Zelanda y otros socios, han desvelado ahora la estructura y función de un novedoso sistema de defensa bacteriano contra los fagos. Fue descubierto en 2018 por un grupo de investigación israelí y bautizado con el nombre de Zorya, una figura de la mitología eslava. Los resultados de la investigación se han publicado ahora en la revista científica Nature.
El sistema Zorya reconoce los ataques de fagos y activa una defensa temprana y precisa que destruye el ADN del fago evitando la muerte de la célula huésped. "Zorya es como un sistema de alerta temprana con un escudo protector. Reconoce los primeros signos de un ataque y reacciona muy rápido para repeler al intruso", explica el profesor Marc Erhardt, jefe del Laboratorio de Microbiología Molecular de la Universidad Humboldt de Berlín y uno de los autores principales del estudio.
Fortaleza contra los fagos
La investigación del sistema Zorya mediante métodos de vanguardia como la microscopía crioelectrónica y de fluorescencia muestra que consta de un intrincado motor molecular y varios componentes especializados. Este motor detecta en una fase temprana los cambios en la pared celular provocados por los fagos penetrantes y desencadena una serie de reacciones de protección. Este mecanismo, hasta ahora desconocido, permite a la célula bacteriana degradar el ADN del fago de modo que el virus no pueda multiplicarse en la célula huésped. Esto es sorprendente porque las bacterias suelen impedir que los fagos se multipliquen induciendo la muerte celular o, en otras palabras, "sacrificándose". "Descifrar el sistema Zorya ha sido como abrir el cofre de un tesoro", afirma Erhardt. "No paras de descubrir nuevas facetas de esta obra maestra molecular".
Para analizar la estructura de los complejos proteicos, las muestras se enfriaron a temperaturas muy bajas, de hasta -260 °C, en fracciones de segundo mediante criomicroscopía electrónica. Esta congelación de choque impide la formación de cristales de hielo, de modo que las moléculas conservan su forma natural. A su vez, la microscopía de fluorescencia permitió conocer la interacción de las partículas del virus con las células bacterianas.
Nuevas posibilidades de aplicación biotecnológica
El desciframiento de este sistema antiviral de las bacterias tiene implicaciones de gran alcance: Por un lado, contribuye a una mejor comprensión de los mecanismos de interacción fago-bacteria. Por otro, los hallazgos abren nuevas vías para aplicaciones biotecnológicas. "El sistema Zorya podría servir de base para el desarrollo de herramientas innovadoras para la manipulación precisa del material genético o para el desarrollo de terapias novedosas contra las infecciones bacterianas", añade el profesor Philipp Popp, profesor visitante del Departamento de Biología y coautor del estudio. El desarrollo del método CRISPR-Cas para la edición del genoma, galardonado con el Premio Nobel, también se basa en un sistema de inmunidad bacteriana que protege contra los virus, descubierto en la década de 2000. Para Philipp Popp, el estudio actual es también un ejemplo de la belleza de la biología molecular: "Es fascinante ver lo elegantes que son las estrategias de supervivencia desarrolladas por las bacterias. Zorya nos muestra lo mucho que aún podemos aprender sobre estos organismos diminutos pero increíblemente complejos."
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Publicación original
Haidai Hu, Philipp F. Popp, Thomas C. D. Hughes, Aritz Roa-Eguiara, Nicole R. Rutbeek, Freddie J. O. Martin, Ivo Alexander Hendriks, Leighton J. Payne, Yumeng Yan, Dorentina Humolli, Victor Klein-Sousa, Inga Songailiene, Yong Wang, Michael Lund Nielsen, Richard M. Berry, Alexander Harms, Marc Erhardt, Simon A. Jackson, Nicholas M. I. Taylor; "Structure and mechanism of the Zorya anti-phage defense system"; Nature, 2024-12-11
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