Cómo interfieren las bacterias con la reproducción de insectos
Wolbachia (rojo) en testículos de insectos (azul)VANDERBILT UNIVERSITY, SETH BORDENSTEINDos artículos publicados en Nature y Nature Microbiology resolvió ayer (27 de febrero) uno de los enigmas más antiguos de la entomología: cómo la bacteria Wolbachia causa incompatibilidad citoplasmática (CI) en sus insectos huéspedes. Esta esterilidad estratégica, en la que los insectos hembra infectados con bacterias pueden reproducirse fácilmente mientras los no infectados luchan, resulta estar regulado por dos genes bacterianos vecinos que codifican proteínas que interactúan. La identificación de los genes podría ayudar a la investigación, entre otras cosas, de estrategias de control de insectos basadas en Wolbachia.
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“Es realmente emocionante” dijo el microbiólogo Steven Sinkins de la Universidad de Glasgow, Reino Unido, que no participó en el trabajo. «Para los investigadores de Wolbachia , esta ha sido la gran pregunta sin respuesta: cómo las bacterias inducen esta manipulación reproductiva, y este es un avance convincente en términos de identificación de los genes responsables»….
Las bacterias Wolbachia son parásitos intracelulares que infectan a aproximadamente dos tercios de los artrópodos del mundo. Transmitidas a la descendencia a través de la infección del óvulo, pero no del esperma, estas bacterias han desarrollado una variedad de mecanismos de manipulación de la reproducción que aseguran su prevalencia continua. El principal de ellos es el CI, un fenómeno en el que los machos infectados solo pueden reproducirse con éxito con hembras infectadas. Los apareamientos con hembras no infectadas resultan en muerte embrionaria temprana. En algunos casos, los apareamientos con hembras portadoras de una cepa competidora de Wolbachia tampoco logran producir descendencia,
Debido a que la IC es un fenómeno tan generalizado y porque se emplea en estrategias para eliminar plagas de insectos o las enfermedades que transmiten a los investigadores les gustaría saber cómo funciona.
La gente ha estado tratando de descubrir los mecanismos moleculares y los genes responsables de la IC. . . durante mucho tiempodécadas, dijo el entomólogo y epidemiólogo Jason Rasgon de la Universidad Estatal de Pensilvania, quien tampoco participó en la investigación. Es uno de los santos griales de la comunidad Wolbachia.
Pero no ha sido una pregunta fácil de responder, explicó Seth Bordenstein de la Universidad de Vanderbilt en Nashville, Tennessee, quien dirigió el Estudio de la naturaleza. Por un lado, dijo, las bacterias viven dentro de las células y son fastidiosas.
Es muy difícil trabajar con estas bacterias fuera del entorno de la célula huésped. No se pueden cultivar, explicó, lo que hace que las manipulaciones genéticas sean problemáticas.
En cambio, ha sido un caso de recopilación y comparación de datos de secuencias de cepas que causan IC y aquellas que no. Realmente tomó una década de genómica, dijo Bordenstein.
Tales comparaciones produjeron inicialmente una larga lista de genes candidatos compartidos entre las cepas CI y ausentes de las cepas no CI. Pero el equipo de Bordenstein redujo la lista a solo dos candidatos, según los datos de expresión de proteínas y ARN, entre otros factores. Es alentador saber que uno de los dos genes se había identificado previamente como candidato a CI.
Para probar si los dos genes cifA y cifBestuvieron realmente involucrados en CI, Bordenstein y sus colegas expresaron transgénicamente cada uno en los testículos de moscas de la fruta no infectadas y luego establecieron apareamientos con hembras no infectadas. No pasó nada. Fracasamos por completo, dijo. Fue un fiasco.
Pero debido a que los genes se encuentran adyacentes entre sí dentro de una secuencia de profago, una secuencia viral incorporada en el genoma de la bacteria, decidimos expresar los dos genes juntos, explicó Bordenstein. Esta vez, funcionó.
Eso voló el techo porque pudimos recapitular, sin ninguna Wolbachia allí, el fenotipo de IC, dijo. El cruce de moscas macho transgénicas con hembras no infectadas resultó en una cantidad significativa de inviabilidad embrionaria. Además, cruzar los machos transgénicos con huevos infectados con Wolbachia resultó en un número normal de crías.
En el estudio adjunto de Nature Microbiology , Mark Hochstrasser de la La Escuela de Medicina de Yale y sus colegas también informaron sobre la recapitulación de CI mediante la expresión transgénica de estos dos genes en moscas de la fruta. En su caso, la idea de expresar los genes juntos se basó en la evidencia de que existen en un solo operón (un punto de vista que Bordenstein no comparte).
El equipo de Hochstrass pasó a examinar las proteínas codificadas por el genes Descubrieron que las dos proteínas interactúan fuertemente entre sí y que CidB es una enzima deubiquitinasa que elimina los restos de ubiquitina de las proteínas. Aunque todavía se desconocen los objetivos de la enzima, dijo Hochstrasser, se demostró que la actividad deubiquitinasa es esencial para el fenotipo de CI en las moscas transgénicas.
Estamos realmente al principio de comprender cómo funciona el mecanismo de CI. funciona, dijo. [Al menos] ahora conocemos a los jugadores.
Y dado que las infecciones de Wolbachia generadas en laboratorio están actualmente bajo investigación como estrategias de control de plagas, dijo Sinkins, entender cómo funciona CI ayudará a que que el proceso se realice de manera más eficiente.
JF Beckmann et al, A Wolbachia deubiquitylating enzima induces cytoplasmic incompatibility, Nature Microbiology, doi:10.1038 /nmicrobiol.2017.7, 2017.
DP LePage et al., Los genes Prophage WO recapitulan y mejoran la incompatibilidad citoplasmática inducida por Wolbachia, Nature , doi:10.1038/nature21391, 2017.
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