Cómo algunos microbios intestinales despiertan virus zombis en sus vecinos
Escherichia coli. Crédito: Rocky Mountain Laboratories, NIAID, NIH
Algunas bacterias intestinales tienen un superpoder espeluznante: pueden reanimar virus latentes que acechan dentro de otros microbios.
Este despertar viral desencadena infecciones en toda regla que destruyen las células portadoras del virus, según publicó por primera vez el laboratorio de la investigadora del Instituto Médico Howard Hughes Emily Balskus como preimpresión en bioRxiv y luego en la revista Nature el 23 de febrero de 2022. Una molécula críptica llamada La colibactina puede sacar a los virus asesinos de su sueño, descubrieron.
Los microbios a menudo generan compuestos nocivos para atacarse unos a otros dentro de los estrechos espacios del intestino. Pero entre estas armas químicas, la colibactina parece inusual, dice Balskus, biólogo químico de la Universidad de Harvard. «No mata directamente a los organismos objetivo, que es lo que normalmente pensamos que hacen las toxinas bacterianas dentro de las comunidades microbianas». En cambio, la colibactina modifica las células microbianas, activando virus latentes y letales escondidos en los genomas de algunas bacterias.
Los seres humanos han buscado durante mucho tiempo los compuestos potentes que producen los microbios. «Sabemos mucho sobre sus propiedades químicas, los purificamos en el laboratorio y los usamos como medicina, incluidos los antibióticos», dice Breck Duerkop, quien estudia virus bacterianos en la Facultad de Medicina de la Universidad de Colorado.
Pero por qué las bacterias producen estos compuestos y qué efectos tienen en los organismos vecinos son preguntas abiertas, dice Duerkop, que no participó en esta investigación. Él llama al nuevo trabajo de los equipos de Balskus «un paso en la dirección correcta».
Materia oscura química
Los científicos saben desde hace años que la colibactina puede causar estragos en las células humanas. La investigación realizada por Balskus y muchos otros ha demostrado que el compuesto daña el ADN, lo que puede provocar cáncer colorrectal. Pero establecer una conexión entre este compuesto y la enfermedad resultó particularmente formidable.
En 2006, un equipo francés informó que las células de mamíferos que se encontraron con la bacteria intestinal E. coli sufrieron daños fatales en su ADN. Los investigadores vincularon este daño a un grupo de genes de E. coli que codifican maquinaria para construir una molécula compleja. Apodada colibactina, la molécula fue extraordinariamente difícil de estudiar. Después de muchos intentos, los investigadores simplemente no pudieron aislarlo de la E. coli que lo produce.
La colibactina es uno de los muchos compuestos efímeros que los científicos sospechan que producen los microbios. Como partículas invisibles de materia oscura en el espacio, esta «materia oscura química» requiere medios creativos para estudiar. Como parte de su exploración de la química microbiana del intestino, Balskus utiliza enfoques indirectos para examinar estas esquivas moléculas.
Durante los últimos 10 años, su equipo ha investigado la colibactina mediante el estudio de la maquinaria microbiana que la fabrica. Ella y sus colegas reconstruyeron la estructura de la colibactina y determinaron que daña el ADN al formar conexiones errantes dentro de la doble hélice.
A partir de este trabajo, los científicos de otros lugares descubrieron un vínculo definitivo con el cáncer: las huellas dactilares distintivas de la molécula aparecen en genes que se sabe que impulsan el crecimiento de tumores colorrectales.
Un papel para los virus
El estudio de colibactina más reciente de Balskus comenzó con otra enfermedad: COVID-19. Como muchos otros laboratorios, el suyo tuvo que reorganizar las cosas para reducir el contacto físico entre los investigadores. Como parte de la reorganización, el posdoctorado Justin Silpe y el estudiante de posgrado Joel Wong terminaron trabajando juntos por primera vez. Sus conversaciones los llevaron a ellos y a Balskus a preguntarse cómo afectaba la colibactina a otros microbios en un intestino abarrotado.
Al principio, descubrieron que exponer bacterias productoras de colibactina a no productores tenía poco efecto, lo que sugiere que, por sí solo , la molécula no es particularmente mortal. Silpe y Wong no estaban seguros de si la colibactina, una molécula grande e inestable, podría incluso ingresar a las células bacterianas para dañar su ADN. Luego se preguntaron si podría estar involucrado un virus que infecta bacterias de terceros. Apenas más que fragmentos de información genética, estos virus pueden introducirse en el ADN de las bacterias y permanecer en silencio al acecho. Luego, una vez activados, provocan una infección que explota la célula como una mina terrestre.
Cuando los investigadores cultivaron productores de colibactina junto con bacterias portadoras de dichos virus latentes, observaron un aumento en la cantidad de partículas virales y una caída en el crecimiento de muchas bacterias que contienen virus. Eso sugirió que la molécula provocó un aumento en las infecciones activas que matan células. De hecho, la colibactina ingresa a las bacterias y daña el ADN, mostró el equipo. Ese daño hace sonar una campana de alerta celular que despierta a los virus.
Muchos microbios aparecieron equipados para protegerse contra la colibactina. El laboratorio de Balskus identificó un gen de resistencia que codifica una proteína que neutraliza el compuesto en una amplia variedad de bacterias.
Aunque la colibactina claramente tiene un lado peligroso, puede servir como algo más que un arma letal, dice Balskus. Por ejemplo, tanto el daño en el ADN como los virus que despiertan también pueden inducir cambios genéticos, en lugar de la muerte, en las bacterias vecinas, lo que podría beneficiar a los productores de colibactina.
Los descubrimientos del equipo de Balskus sugieren que el cáncer puede ser un daño colateral causado por cualquier otra cosa que estén haciendo las bacterias productoras de colibactina. «Siempre sospechamos que las bacterias producían esta toxina para atacar a otras bacterias de alguna manera», dice ella. «No tenía sentido desde una perspectiva evolutiva que lo adquirieran para apuntar a las células humanas».
A continuación, Balskus planea investigar cómo el compuesto altera la comunidad de microbios en el intestino, los cuales desaparecen y prosperan después de la exposición al compuesto. «La clave para prevenir el cáncer puede ser comprender los efectos que tiene la colibactina en la comunidad de microbios y cómo se controla su producción», dice.
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Descifrando el código de la colibactina: un estudio examina cómo el compuesto dañó el ADN para comprender su conexión con el cáncer Más información: Emily Balskus, La toxina bacteriana colibactina desencadena la inducción de profagos, Nature (2022) . DOI: 10.1038/s41586-022-04444-3. www.nature.com/articles/s41586-022-04444-3 Información de la revista: Nature
Proporcionado por el Instituto Médico Howard Hughes Cita: Cómo despiertan algunos microbios intestinales virus zombie en sus vecinos (2022, 23 de febrero) recuperado el 29 de agosto de 2022 de https://medicalxpress.com/news/2022-02-gut-microbes-awaken-zombie-viruses.html Este documento está sujeto a derechos de autor. Aparte de cualquier trato justo con fines de estudio o investigación privados, ninguna parte puede reproducirse sin el permiso por escrito. El contenido se proporciona únicamente con fines informativos.