Investigadores descubren 10 nuevos sistemas inmunológicos en bacterias
Los bacteriófagos Phi3T atacan al Bacillus subtilisROTEM SOREK
Las bacterias se han estado defendiendo de los fagos (virus que atacan a las células bacterianas) durante miles de millones de años, y desbloquear los mecanismos inmunológicos que utilizan para protegerse ha llevado al desarrollo de poderosas herramientas de biología molecular como las enzimas de restricción y CRISPR-Cas9. Ahora, los investigadores informan hoy (25 de enero) en Science que han descubierto 10 sistemas inmunológicos más que las bacterias usan para protegerse contra fagos y plásmidos, lo que abre la posibilidad de agregar nuevas herramientas a la caja de herramientas de la biología molecular. .
“[Los investigadores] han más que duplicado los sistemas que conocíamos que están involucrados en la defensa de los fagos” dice Lori Burrows, profesora de bioquímica en la Universidad McMaster, Ontario, que no participó en el estudio. «Es toda una proeza de la bioinformática».
Las bacterias tienen muchas líneas de defensa sofisticadas contra los fagos, pero se desconoce cuántas aún esperan ser descubiertas. Rotem Sorek…
De los 26 sistemas antifago que probaron, nueve resultaron estar implicados en la inmunidad antifago y uno en la defensa antiplásmido. El equipo de Soreks nombró a cada familia en honor a una deidad protectora mitológica, como Druantia, un arquetipo galo de la madre eterna, y Kiwa, un guardián divino del océano en las tradiciones maoríes.
Aunque los otros 16 sistemas no protegieron fuera de los patógenos durante el ensayo, todavía es posible que puedan ser sistemas de defensa válidos, dice Sorek. Es posible que estos sistemas necesiten algo que esté codificado en el genoma de origen que falta en el organismo modelo, le dice a The Scientist. Otra posibilidad es que los promotores de los sistemas u otros elementos no estén funcionando correctamente en el organismo receptor.
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En su mayor parte, Sorek y sus colegas aún no han descubierto los mecanismos por los cuales estos sistemas protegen a las bacterias de los fagos, aunque encontraron pistas sobre cómo funcionan algunos de ellos. El sistema Theoris, llamado así por la deidad protectora egipcia del parto y la fertilidad, contiene un dominio Toll-Interleukin Receptor (TIR), que media en las interacciones de proteínas en la señalización intracelular y se identificó previamente como asociado con los genes procarióticos Argonaute involucrados en la interferencia de ARN (RNAi). ).
En el sistema Zorya, llamado así por una deidad eslava, el grupo de Soreks descubrió que el mecanismo de inmunidad contiene componentes de un canal de protones que también se utiliza en los motores de los flagelos bacterianos. Tenemos algunas pruebas iniciales de que el canal de protones se puede usar para matarse a sí mismo y despolarizar la membrana una vez que la bacteria se ha infectado, matando la célula bacteriana, dice Sorek. Creemos que estudios adicionales revelarán más sobre [estos] mecanismos.
Los investigadores creen que una vez que se comprendan mejor los mecanismos de acción, las facetas del sistema inmunitario podrán adoptarse como herramientas de biología molecular. Por ejemplo, los descubrimientos de las enzimas de restricción y, más tarde, CRISPR-Cas9, ambos adaptados de sistemas inmunitarios bacterianos, revolucionaron la biología molecular.
Siempre que se descubre un sistema inmunitario complejo y finalmente se comprende su mecanismo, puede volverse una herramienta muy eficaz, dice Sorek. Los sistemas inmunológicos deben ser altamente selectivos en la identificación de moléculas específicas para funcionar bien, dice. En biología molecular, esto es exactamente lo que necesitamos.
[El estudio es] genial desde un punto de vista científico, pero inmediatamente te das cuenta de que hay un impacto legítimo, dice Rodolphe Barrangou, investigador de CRISPR en Carolina del Norte. Universidad Estatal que no participó en el estudio. Es obvio que a medida que las personas caractericen esos sistemas y desentrañen la biología detrás del mecanismo de acción, existe un enorme potencial para convertir algunos de ellos en potencias tecnológicas y la próxima generación de herramientas moleculares derivadas de las interacciones huésped-fago.
Cuantas más alternativas estén disponibles para CRISPR, mejor, dice Burrows. Mejorar nuestra comprensión de las defensas bacterianas también podría tener aplicaciones más amplias. Cuanto más comprendamos acerca de este tipo de sistemas, más podremos pensar en formas de sortearlos en términos del uso de fagos para terapias contra organismos resistentes a los antibióticos, dice.
Sorek y sus colegas planean profundizar en los mecanismos de los genes recién descubiertos, al mismo tiempo que busca activamente sistemas inmunológicos adicionales. También intentarán descubrir cómo contraatacan los fagos, dice. Algunos fagos pueden superar estas defensas y queremos saber cómo.
S. Doron et al., Systematic discovery of antiphage defense systems in the microbial pangenome, Science, doi:10.1126 /science.aar4120, 2018.
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