Como muchos saben, las bacterias poseen algunos mecanismos de defensa, como la formación de esporas y la mutación. Para combatir a los virus invasores, estas han innovado sus métodos de defensa, según lo demostró una investigación reciente.

Dos científicos descubrieron que las bacterias, bajo un ataque viral, utilizan un mecanismo que evita su propagación a otras zonas, incluso destruyendo porciones de su propio material genético. De esta forma, pasan a un estado latente, que es una forma en que los microbios se mantienen vivos, pero no crecen.

Bacteriófagos

Los bacteriófagos son virus que pueden destruir las bacterias.

En las clases de biología, nos enseñaron que los bacteriófagos son virus que infectan de manera exclusiva a las bacterias. Estos representan el enemigo número uno de las bacterias, puesto que pueden aniquilarlas.

Los bacteriófagos trabajan de la siguiente manera: inyectan su material genético (genoma) a las bacterias desprevenidas, causando la ruptura de la célula del huésped de esta (lisis celular). Así liberan toda su “manada” de fagos que infectarán a otros miembros de la comunidad bacteriana.

En determinados casos, estos pueden quedar como parásitos.

CRISPR, la nueva defensa de las bacterias contra los fagos

CRISPR son las siglas de clustered regularly interspaced short palindromic repeats, que en español significa repeticiones palindrómicas cortas agrupadas y regularmente interespaciadas.

Se trata de “familias de secuencias de ADN en bacterias”. Estas secuencias contienen fragmentos de ADN de virus que han atacado a las bacterias (fagos). Con los fragmentos de ADN de los fagos, las bacterias o su descendencia pueden detectar y destruir el ADN de estos ante nuevos ataques de virus similares.

Este comprende un eficaz mecanismo de defensa de las bacterias. Una evidencia de evolución.

Los bacteriófagos inyectan su genoma en las bacterias, destruyen la célula huésped, y liberan otros bacteriófagos que atacaran a la comunidad bacteriana.

De modo que CRISPR es una especie de inmunidad que funciona con ayuda de la enzima Cas, que puede tomar una parte del ADN viral, modificarlo e integrarlo dentro del conjunto de secuencias CRISPR.

“Dado que Cas13 se dirige al ARN, inicialmente se pensó que había evolucionado para impedir fagos con genomas de ARN. El problema es que los fagos de ARN son extremadamente raros. Así que queríamos ver si podría haber evolucionado para cumplir una función diferente”.

La investigación de Marraffini y Meeske sobre el CRISPR/Cas13

En lugar de destruir el ADN viral como sus similares, la Cas13 en particular funciona al dividir el ARN.

Las bacterias tienen muchos sistemas CRISPR diferentes, siendo el CRISPR/Cas9 uno de los más reconocidos por la ciencia. Sin embargo, uno en especial que funciona con la enzima Cas13, ha llamado la atención de los investigadores. ¿La razón? En lugar de destruir el ADN viral como sus similares, esta en particular funciona al dividir el ARN.

Luciano Marraffini, profesor e investigador de la Universidad Rockefeller, y su asociado postdoctoral Alexander Meeske, han investigado cómo las bacterias adquieren inmunidad a los virus a través de los sistemas CRISPR-Cas.

Los investigadores encontraron que irónicamente, Cas13 ayuda a las bacterias al ser un obstáculo, que en realidad las protege de los fagos con genomas de ADN, que son más comunes. Explican que esta enzima corta trozos del ARN del hospedador, y las bacterias pasan a un estado latente, lo cual funciona, porque los virus (fagos) necesitan ARN del hospedador para replicarse.

“Los fagos son parásitos: no tienen todos los elementos necesarios para su propagación, por lo que confían en el huésped. Y si la célula huésped no está creando esos elementos, el fago no puede propagarse”.

Cas13 no solo protege a las bacterias: mata los virus mejor que otras enzimas Cas

Los investigadores también descubrieron que Cas13 mata los virus mejor que otras enzimas Cas. Marraffini declaró que con Cas13 ningún virus escapó en sus experimentos:

“Si un fago tiene una única mutación puntual en su secuencia objetivo, generalmente el virus es invisible para Cas y la infección tendrá éxito. Pero con Cas13 no vimos ningún mutante escapando”.

Dicho de manera sencilla, lo CRISPR-Cas estándar se caracterizan por ser muy específicos y por cortar los fragmentos de ADN que coinciden con una secuencia genética precisa. A pesar de ser muy útil en muchos casos, esta condición también tiene un inconveniente para las bacterias.

Si el virus muta, CRISPR-Cas no puede identificarlo ni atacarlo, de modo que puede escapar fácilmente.

Por su parte, Meeske señala que el beneficio real de la enzima Cas13 no está en el nivel del individuo, sino en la comunidad bacteriana:

“El fago tiene un solo disparo para entregar su carga genética y replicarse. Entonces, si inyectan su genoma en un huésped que resulta ser inhóspito, la infección se detiene allí. El fago pierde, y la colonia bacteriana gana”.

Tal parece que este gran poder de lucha contra los virus proviene del hecho de que la latencia de las células no se dirige a un virus en particular, y hace que sea imposible la propagación de cualquier fago, incluso de los mutantes.

Referencias:

To curb infection, bacteria direct their defenses against themselves. The Rockefeller University. https://www.rockefeller.edu/news/26019-curb-infection-bacteria-direct-defenses/