Nuevos conocimientos sobre el metabolismo de la microbiota intestinal
Investigadores descubren mecanismos de control de la utilización de polisacáridos en Bacteroides thetaiotaomicron
Investigadores del Instituto Helmholtz para la Investigación de Infecciones Basadas en el ARN (HIRI) y de la Universidad Julius-Maximilians (JMU) de Würzburg han identificado una proteína y un grupo de pequeños ácidos ribonucleicos (ARNs) en Bacteroides thetaiotaomicron, que regulan el metabolismo del azúcar. Estos descubrimientos arrojan luz sobre cómo se adapta este microbio intestinal a las distintas condiciones nutricionales. Los hallazgos profundizan nuestra comprensión del papel de esta bacteria en el intestino humano y pueden allanar el camino a nuevas estrategias terapéuticas para promover la salud a través de la microbiota. El estudio se publica en la revista Nature Communications.
El intestino desempeña un papel vital en la salud humana. La composición de la microbiota y sus funciones para el bienestar humano dependen en gran medida de la adaptación de las bacterias al entorno intestinal, en constante cambio. Por ello, la cuestión de cómo los comensales intestinales adaptan su metabolismo a las fluctuaciones diarias de nutrientes se ha convertido en un tema central de la investigación sobre la microbiota.
Aunque el ecosistema microbiano del intestino varía de una persona a otra, hay varias especies predominantes. Una de ellas es Bacteroides thetaiotaomicron. Estos microbios poseen docenas de complejos multiproteicos diferentes codificados en lugares específicos del genoma denominados loci de utilización de polisacáridos(PUL). Los complejos PUL permiten que las bacterias se unan, descompongan e importen polisacáridos específicos, contribuyendo así al éxito de su colonización intestinal. La producción de complejos PUL está estrechamente controlada a nivel transcripcional. Sin embargo, aún no se ha estudiado cómo se regulan las PUL después de su transcripción para adaptarse a los cambios ambientales. Los científicos del Instituto Helmholtz para la Investigación de Infecciones Basadas en el ARN (HIRI) de Würzburg, una sede del Centro Helmholtz de Braunschweig para la Investigación de Infecciones (HZI) en cooperación con la Julius-Maximilians-Universität Würzburg (JMU), y de la Cátedra de Microbiología de la JMU han asumido este reto. En colaboración con la Universidad de Vanderbilt en Nashville, Tennessee (EE.UU.), y la Universidad de Toronto en Canadá, han logrado avances significativos mediante una serie de experimentos in vitro e in vivo.
"Nuestras investigaciones revelaron un circuito regulador basado en ARN notablemente complejo que rige la expresión de PUL en B. thetaiotaomicron", afirma el autor correspondiente, Alexander Westermann, al explicar los resultados del estudio publicado en la revista Nature Communications. "Esto complementa trabajos anteriores centrados en los mecanismos de control transcripcional", añade.
Una red compleja
En el corazón de esta red se encuentra la proteína de unión a ARN RbpB: "Hemos descubierto que la ausencia de RbpB perjudica significativamente la colonización intestinal", afirma Ann-Sophie Rüttiger, primera autora del estudio y estudiante de doctorado en el laboratorio de Alexander Westermann.
El análisis funcional reveló que RbpB interactúa con cientos de transcritos celulares. Entre ellos se encuentra un grupo de moléculas de ARN no codificantes paralógicas(familia de ARNs paralógicos, FopS para abreviar) con 14 miembros. Juntos, RbpB y FopS controlan los procesos catabólicos y garantizan que los microbios puedan adaptarse de forma óptima a las condiciones cambiantes de los nutrientes. "Este estudio ha contribuido a comprender mejor el control metabólico coordinado por ARN, que es crucial para el buen estado físico de las especies dominantes de la microbiota", añade Rüttiger.
Futuros estudios investigarán la estructura de RbpB con más detalle e identificarán los mecanismos clave de unión del ARN. El equipo también tiene previsto examinar las similitudes funcionales entre RbpB y otras proteínas de unión a ARN para descubrir núcleos centrales postranscripcionales en otras especies de microbiota intestinal.
El conocimiento en profundidad de las funciones de los genes y proteínas bacterianos podría contribuir significativamente al desarrollo de nuevos enfoques terapéuticos para combatir enfermedades infecciosas e intestinales, así como para promover la salud mediante la manipulación de las bioactividades de la microbiota intestinal. "Nuestros resultados ofrecen un enfoque prometedor para comprender mejor este consorcio microbiano y aprovecharlo para nuevas estrategias de tratamiento", concluye Westermann.
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Publicación original
Ann-Sophie Rüttiger, Daniel Ryan, Luisella Spiga, Vanessa Lamm-Schmidt, Gianluca Prezza, Sarah Reichardt, Madison Langford, Lars Barquist, Franziska Faber, Wenhan Zhu, Alexander J. Westermann; "The global RNA-binding protein RbpB is a regulator of polysaccharide utilization in Bacteroides thetaiotaomicron"; Nature Communications, Volume 16, 2025-1-2
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