Descubren un modo de evadir las bacterias el sistema inmune de los mamíferos
17/04/2013 - E.P.
El sistema de genes bacteriano CRISPR es en sí mismo una especie de sistema inmune para las bacterias
Un sistema de genes que utilizan las bacterias para defenderse contra los virus, llamado CRISPR, está implicado en ayudar a algunas bacterias a evadir el sistema inmune de los mamíferos, según los resultados de una investigación publicados en la revista Nature.
La función de CRISPR fue descubierta por investigadores de la industria lechera que tratan de evitar los fagos que arruinan los cultivos utilizados para hacer queso y yogur. Las bacterias incorporan pequeños fragmentos de ADN de los fagos en su región CRISPR y utilizan esa información para luchar contra los fagos digiriendo su ADN.
Ahora, científicos de la División de Enfermedades Infecciosas de la Escuela de Medicina de la Universidad de Emory y el Centro de Vacunas de Emory, en Atlanta (Estados Unidos), han demostrado que 'Francisella novicida', próxima a la bacteria que causa la tularemia, y otra bacteria que causa la meningitis, necesitan de partes del sistema de CRISPR para permanecer infecciosas. 'F. novicida', que crece en el interior de células de mamífero, emplea partes de CRISPR para apagar un gen bacteriano que de lo contrario daría lugar a la detección y destrucción de las bacterias por su huésped.
Debido a que la desactivación de CRISPR crea una cepa bacteriana debilitada que se reconoce fácilmente por el sistema inmune, el descubrimiento podría acelerar el desarrollo de vacunas. "Los sistemas de CRISPR son defensas bacterianas, pero hemos encontrado que las bacterias pueden utilizarlos ofensivamente para esconderse del sistema inmune del huésped y causar enfermedades", concreta David Weiss, profesor asistente de medicina (enfermedades infecciosas) en el Centro Nacional de Investigación de Primates Yerkes de la Escuela de Medicina de la Universidad de Emory.
El sistema CRISPR ha atraído la atención reciente de los científicos para sus posibles usos en la ingeniería genética y la biotecnología, pero sus papeles en la regulación de genes y la evasión de la inmunidad de acogida se han mantenido relativamente inexplorado, dice Weiss, que fue el primero en detectar que cepas aisladas de 'F. novicida' tenían defectos en sus sistemas de CRISPR.
'F. novicida' infecta a los roedores y sólo rara vez infecta a los seres humanos, pero supone un modelo para estudiar la más peligrosa 'F. tularensis', un arma biológica potencial. Weiss estaba buscando los genes de 'F. novicida' que son importantes para la virulencia, es decir, causar la enfermedad en un animal vivo. Curiosamente, encontró una secuencia de ADN que se ha demostrado recientemente para codificar una proteína del sistema de CRISPR y lo que estaban haciendo en 'F. novicida' durante la infección era un enigma.
"Las mutaciones tienen un fuerte efecto en las bacterias. El tipo salvaje va a matar ratones, mientras que las mutaciones son erradicadas después en un par de días. Pero ¿por qué las bacterias necesitan para defenderse de ADN extraño que causan enfermedades en un ratón? No tenía ningún sentido", relató Weiss.
Los investigadores descubrieron que las bacterias requieren de uno de los genes de CRISPR para detener la producción de una lipoproteína, parte de la membrana celular bacteriana, cuando las bacterias infectan células de mamífero. Para las células inmunes, la lipoproteína es como la sangre en el agua para un tiburón, es decir, que una bocanada les excita, por lo que para que las bacterias sobrevivan sin ser detectadas, tienen que callar la producción de lipoproteínas, según los científicos.
El sistema de CRISPR consta de genes que codifican varias proteínas y también incorpora pequeños pedazos de ADN de fagos como "repetición" en el ADN bacteriano. El ARN producido a partir de las repeticiones sirve de guía a una enzima llamada Cas9 para cortar el ADN del fago. Los científicos encontraron que parte del sistema CRISPR de 'F. novicida' hace un ARN que dirige Cas9 contra el gen de la lipoproteína, por lo que el sistema regulador permite Cas9 de 'F. novicida' bajar el tono de la lipoproteína de manera eficaz para que no pueda ser detectada.
Para demostrar que sus resultados no eran privativos de 'F. novicida', los investigadores generaron una cepa de 'Neisseria meningitidis', que causa meningitis en los seres humanos, con una deleción en Cas9. La cepa mutada mostró defectos en su capacidad para adherirse, invadir y replicarse en células humanas, lo que sugiere que las funciones similares para Cas9 en CRISPR se pueden encontrar en otras bacterias.
La función de CRISPR fue descubierta por investigadores de la industria lechera que tratan de evitar los fagos que arruinan los cultivos utilizados para hacer queso y yogur. Las bacterias incorporan pequeños fragmentos de ADN de los fagos en su región CRISPR y utilizan esa información para luchar contra los fagos digiriendo su ADN.
Ahora, científicos de la División de Enfermedades Infecciosas de la Escuela de Medicina de la Universidad de Emory y el Centro de Vacunas de Emory, en Atlanta (Estados Unidos), han demostrado que 'Francisella novicida', próxima a la bacteria que causa la tularemia, y otra bacteria que causa la meningitis, necesitan de partes del sistema de CRISPR para permanecer infecciosas. 'F. novicida', que crece en el interior de células de mamífero, emplea partes de CRISPR para apagar un gen bacteriano que de lo contrario daría lugar a la detección y destrucción de las bacterias por su huésped.
Debido a que la desactivación de CRISPR crea una cepa bacteriana debilitada que se reconoce fácilmente por el sistema inmune, el descubrimiento podría acelerar el desarrollo de vacunas. "Los sistemas de CRISPR son defensas bacterianas, pero hemos encontrado que las bacterias pueden utilizarlos ofensivamente para esconderse del sistema inmune del huésped y causar enfermedades", concreta David Weiss, profesor asistente de medicina (enfermedades infecciosas) en el Centro Nacional de Investigación de Primates Yerkes de la Escuela de Medicina de la Universidad de Emory.
El sistema CRISPR ha atraído la atención reciente de los científicos para sus posibles usos en la ingeniería genética y la biotecnología, pero sus papeles en la regulación de genes y la evasión de la inmunidad de acogida se han mantenido relativamente inexplorado, dice Weiss, que fue el primero en detectar que cepas aisladas de 'F. novicida' tenían defectos en sus sistemas de CRISPR.
'F. novicida' infecta a los roedores y sólo rara vez infecta a los seres humanos, pero supone un modelo para estudiar la más peligrosa 'F. tularensis', un arma biológica potencial. Weiss estaba buscando los genes de 'F. novicida' que son importantes para la virulencia, es decir, causar la enfermedad en un animal vivo. Curiosamente, encontró una secuencia de ADN que se ha demostrado recientemente para codificar una proteína del sistema de CRISPR y lo que estaban haciendo en 'F. novicida' durante la infección era un enigma.
"Las mutaciones tienen un fuerte efecto en las bacterias. El tipo salvaje va a matar ratones, mientras que las mutaciones son erradicadas después en un par de días. Pero ¿por qué las bacterias necesitan para defenderse de ADN extraño que causan enfermedades en un ratón? No tenía ningún sentido", relató Weiss.
Los investigadores descubrieron que las bacterias requieren de uno de los genes de CRISPR para detener la producción de una lipoproteína, parte de la membrana celular bacteriana, cuando las bacterias infectan células de mamífero. Para las células inmunes, la lipoproteína es como la sangre en el agua para un tiburón, es decir, que una bocanada les excita, por lo que para que las bacterias sobrevivan sin ser detectadas, tienen que callar la producción de lipoproteínas, según los científicos.
El sistema de CRISPR consta de genes que codifican varias proteínas y también incorpora pequeños pedazos de ADN de fagos como "repetición" en el ADN bacteriano. El ARN producido a partir de las repeticiones sirve de guía a una enzima llamada Cas9 para cortar el ADN del fago. Los científicos encontraron que parte del sistema CRISPR de 'F. novicida' hace un ARN que dirige Cas9 contra el gen de la lipoproteína, por lo que el sistema regulador permite Cas9 de 'F. novicida' bajar el tono de la lipoproteína de manera eficaz para que no pueda ser detectada.
Para demostrar que sus resultados no eran privativos de 'F. novicida', los investigadores generaron una cepa de 'Neisseria meningitidis', que causa meningitis en los seres humanos, con una deleción en Cas9. La cepa mutada mostró defectos en su capacidad para adherirse, invadir y replicarse en células humanas, lo que sugiere que las funciones similares para Cas9 en CRISPR se pueden encontrar en otras bacterias.
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