Las bacterias pueden ser atacadas por invasores externos por lo que están preparadas para contrarrestarlos con estrategias inmunitarias como autovacunas.
Los virus pueden dañar gravemente a las bacterias, por lo que ellas deciden destruirlos cortándolos en pedazos. Para hacerlo utilizan cortadores moleculares llamados CRISPR-Cas.
Las autovacunas son las mejores estrategias inmunitarias de las bacterias
Un nuevo estudio descubrió cómo actúan las estrategias de defensa de las bacterias. Estas no funcionarían de forma aislada. Los investigadores que están detrás de este estudio son de la Universidad Rockefeller. Estos encontraron que existe un nivel de cooperación entre el sistema CRISPR-Cas y las enzimas de restricción. Dichas enzimas forman parte de otra estrategia inmunitaria de defensa de las bacterias que funcionan como autovacunas.
Desde hace un tiempo, los científicos vienen estudiando a ambos sistemas pero todavía no habían descubierto hasta qué punto están conectados en las bacterias.
Los hallazgos de la reciente investigación se publicaron en Molecular Cell y muestran que las enzimas de restricción actúan como la primera línea de defensa. Pero también preparan el material que CRISPR-Cas necesitará para atacar al virus con precisión.
Los científicos relacionaron a este mecanismo con nuestra propia respuesta inmunitaria múltiple. La estrategia inmunitaria de las bacterias incluye una primera línea de defensa temporal antes de activar una segunda respuesta adaptativa más robusta.
¿Cómo funciona el mecanismo de defensa en las bacterias?
Las enzimas de restricción son capaces de escindir secuencias cortas de ADN. La bacteria las utiliza tan pronto como el virus invade la célula bacteriana. El sistema CRISPR-Cas llega más tarde. Mientras que la enzima de restricción corta el ADN viral, CRISPR-Cas corta al intruso viral con mucha precisión. Este corte apunta a una secuencia genética específica.
Los biólogos emplean ambos tipos de defensas bacterianas para tareas diarias que involucran la manipulación del ADN para varios propósitos. Algunas de esas tareas incluyen secuenciar genes, hacer que las moléculas sean fluorescentes o crear animales con genomas modificados.
En la década de 1970, los científicos utilizaron enzimas de restricción para desarrollar el ADN recombinante. Este hizo posible la clonación y el estudio de genes únicos. Y hace una década, la tecnología de CRISPR-Cas brindó a los científicos los medios para editar genomas dentro de células y organismos vivos.
Ambas estrategias funcionan mejor juntas que solas
Mientras Pascal Maguin, un becario de Marraffini, trabajaba con Staphylococcus aureus, descubrió que las estrategias de corte de virus de esta bacteria funcionan mejor juntas que solas. Cuando los estafilococos están protegidos solo por enzimas de restricción, sus defensas duran poco porque algunos de los virus comienzan a proteger su propio ADN. Después de eso, estas bacterias comenzarán a disminuir. Sin embargo, si el estafilococo tiene acceso a ambos sistemas, se puede recuperar rápidamente.
Maguin y sus colegas descubrieron cómo funcionan los dos sistemas en conjunto. Los segmentos previamente cortados por enzimas de restricción ayudan a la maquinaria CRISPR-Cas a generar la guía molecular necesaria para encontrar los virus y poner fin a la infección.
Este mecanismo es como la vacunación. En este proceso, la enzima de restricción corta pequeños pedazos del virus que CRISPR luego usará para montar una respuesta adaptativa.
Estos hallazgos podrán ayudarnos a comprender si existe la posibilidad de que puedan equiparnos mejor para defendernos del estafilococo. Esta especie se caracteriza por su capacidad de volverse resistente a los antibióticos. Una mejor comprensión de este sistema podría permitir a los científicos combatir mejor las infecciones por estafilococos.
Referencias:
Cleavage of viral DNA by restriction endonucleases stimulates the type II CRISPR-Cas immune response: https://www.cell.com/molecular-cell/fulltext/S1097-2765(22)00055-7?_returnURL=https%3A%2F%2Flinkinghub.elsevier.com%2Fretrieve%2Fpii%2FS1097276522000557%3Fshowall%3Dtrue
How bacteria ‘self-vaccinate’ against viral invaders: https://phys.org/news/2022-03-bacteria-self-vaccinate-viral-invaders.html