Una forma de inmunidad recién descubierta ayuda a explicar cómo las bacterias combaten los virus
CRISPR curioso: Luciano Marraffini (izquierda) y Wenyan Jiang están estudiando un sistema inmunitario bacteriano que espera a que los virus se repliquen antes de atacarlos.
Cuando buscan protegerse de los virus, algunas bacterias utilizan una estrategia aparentemente arriesgada: esperan hasta que el virus invasor ya haya comenzado a replicarse. La investigación en la Universidad Rockefeller muestra cómo los microbios usan dos enzimas recientemente identificadas para combatir una infección incluso después de retrasar la acción.
“Una infección viral puede matar una célula bacteriana o, en algunos casos, el material genético viral puede brindar beneficios, como protección contra otros virus. Los virus dañinos inmediatamente comienzan a replicarse, pero los beneficiosos se implantan en el genoma bacteriano”, dice Luciano Marraffini, profesor asistente y jefe del Laboratorio de Bacteriología. “Al usar un enfoque de esperar y ver y tolerar la fase inicial de la infección, las bacterias pueden tomar una decisión inteligente”.
La investigación, publicada esta semana en Cell, ayuda a explicar cómo las bacterias logran eliminar una infección dañina a pesar de su respuesta lenta. En el futuro, podría informar el desarrollo de nuevas formas de combatir las enfermedades infecciosas, entre otras aplicaciones potenciales.
Una defensa de última hora
El estudio se centra en dos enzimas, Csm3 y Csm6, que forman parte de un sistema inmunitario bacteriano conocido como CRISPR-Cas. Cuando estas enzimas entran en acción durante la última fase de la infección, cortan el ARN viral.
El sistema CRISPR (repeticiones palindrómicas cortas agrupadas regularmente intercaladas) es un tipo de respuesta inmune bacteriana adaptativa que se basa en secciones de ADN que contienen secuencias que coinciden con las del código genético viral. Los genes asociados a CRISPR usan estas secuencias como guías para atacar a los invasores para su destrucción.
Por lo general, los sistemas de defensa CRISPR atacan y destruyen el ADN viral minutos después de haber sido inyectado en la célula bacteriana, por lo que el virus invasor no tiene la oportunidad de replicarse. Sin embargo, el tipo específico de CRISPR investigado en el estudio, llamado sistema CRISPR-Cas tipo III, espera a que el virus se replique y monta su ataque durante una fase posterior de la infección, después de que el ADN viral se ha copiado y se transcribe en ARN.
"Parece que el tipo III CRISPR-Cas en realidad necesita que el virus produzca ARN antes de que pueda apuntar y destruir el ADN viral", dice Wenyan Jiang, un estudiante graduado que es el primer autor del artículo. “Como resultado, el sistema tiene que lidiar con cientos de hebras de ADN viral en lugar de una, y puede demorar hasta nueve horas en lugar de minutos para eliminar la infección”.
Una salvaguardia adicional
Hay un peligro inherente en esperar hasta este punto, y debido a la gran cantidad de genomas virales presentes, las típicas enzimas de corte de ADN empleadas por los sistemas CRISPR-Cas no pueden detener la infección por sí solas. Entonces, CRISPR-Cas tipo III también usa las enzimas Csm3 y Csm6 para atacar el ARN viral, encontraron los investigadores.
Para observar esta defensa centrada en el ARN en acción, Marraffini, Jiang y Poulami Samai, un investigador asociado en el laboratorio, generaron una forma mutada de la bacteria Staphylococcus epidermidis que carecía de las enzimas Csm3 y Csm6. Cuando infectaron tanto a la bacteria mutante como a la normal con un virus, la población mutante sucumbió a él.
La investigación aclara cómo funciona esta estrategia CRISPR-Cas y también tiene implicaciones potenciales para la biotecnología y la medicina. Debido a que puede hacer cortes precisos en los genomas, las capacidades de corte de ADN de CRISPR han demostrado ser útiles en el desarrollo de técnicas de ingeniería genética. Comprender cómo funcionan las enzimas de corte de ARN CRISPR puede ser útil para manipular el contenido de ARN de las células humanas, dice Marraffini.
“El estudio también avanza en nuestro conocimiento sobre cómo las bacterias interactúan con sus virus, lo cual es esencial para comprender la patogenia bacteriana”, dice Marraffini. “El material genético viral puede aumentar la virulencia de los patógenos y, al mismo tiempo, los virus pueden usarse para matar bacterias patógenas en la clínica. Comprender los mecanismos moleculares que intervienen en las interacciones bacteria-virus puede ayudarnos a combatir las enfermedades infecciosas”.
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