Descubren un sistema de defensa bacteriana que sorprende por su funcionamiento inverso

Un equipo de científicos del Gladstone Institutes realizó un hallazgo sorprendente en el campo de la microbiología: descubrieron un sistema de defensa bacteriana que opera de manera casi completamente inversa a lo que se conocía hasta ahora. A diferencia de los sistemas inmunitarios bacterianos típicos, que mantienen un tóxico bajo control hasta que un virus ataca, este mecanismo peculiar espera a que comience la infección para producir el ADN que activa su arma letal. Esto permite que la bacteria infectada se autodestruya, evitando así que el virus se multiplique y se propague a células vecinas.

Los resultados de esta investigación fueron publicados en la revista Molecular Cell, donde se detalló cómo un grupo de sistemas de defensa bacteriana conocidos como "retrones tipo VI" utiliza una secuencia de eventos moleculares compleja para combatir infecciones. A diferencia de otros retrones, estos sistemas dependen del ADN para activar un tóxico en lugar de mantenerlo reprimido.

El estudio, liderado por el investigador Seth Shipman, PhD, reveló que este sistema de defensa es el más extraño de los retrones que se han encontrado hasta la fecha. "Estos retrones funcionan con una complejidad digna de Rube Goldberg, utilizando mecanismos moleculares que nunca hubiéramos imaginado, pero que emplearemos en tecnologías futuras", afirmó Shipman.

Las bacterias enfrentan constantemente amenazas de virus conocidos como fagos, que infectan las células bacterianas y utilizan su maquinaria para reproducirse. A lo largo del tiempo, las bacterias han evolucionado diversas defensas para prevenir la propagación de estos virus. Entre estas defensas se encuentran los retrones, que pueden detectar ciertas infecciones virales y activar un proceso de autodestrucción en la bacteria infectada. Aunque este sacrificio mata a la célula individual, impide que el virus produzca más copias y infecte a otras bacterias, ayudando a proteger a la colonia más grande.

Los retrones son de gran interés para los científicos que desarrollan nuevas tecnologías genéticas, ya que pueden producir y entregar ADN de cadena sencilla de manera eficiente, lo que los convierte en herramientas prometedoras para editar el ADN dentro de las células humanas. El equipo de Shipman y otros investigadores están explorando si estas capacidades podrían utilizarse eventualmente para corregir mutaciones perjudiciales con mayor precisión.

Hasta ahora, los científicos creían que entendían la forma básica en que operan las defensas de los retrones. En retrones previamente estudiados, una proteína tóxica ya está presente en una célula no infectada, pero sus efectos dañinos son controlados por pequeñas piezas de ADN de cadena sencilla. Cuando un fago infecta la bacteria, interrumpe este arreglo protector, permitiendo que el tóxico actúe. La muerte celular resultante previene la propagación del virus.

Sin embargo, los nuevos retrones tipo VI no parecían seguir este patrón familiar. Los investigadores comenzaron a sospechar que estos retrones eran diferentes cuando no pudieron detectar el ADN de cadena sencilla normalmente asociado con estos sistemas. Karen Zhang, una estudiante de doctorado en el laboratorio de Shipman y autora principal del estudio, comentó: "La forma en que normalmente detectamos retrones dentro de células no infectadas es buscando este ADN de cadena sencilla. Pero los retrones tipo VI llamaron nuestra atención porque no parecían tener esta firma. Era muy extraño, y nos preguntamos si podrían estar rotos".

A pesar de su comportamiento inusual, los experimentos mostraron que las bacterias que llevaban retrones tipo VI podían defenderse contra las infecciones por fago. Los sistemas eran claramente funcionales, aunque carecían de los signos moleculares esperados de actividad.

Tras una extensa investigación, el equipo descubrió que los retrones tipo VI invierten un paso clave en el proceso habitual de defensa. En lugar de mantener un suministro considerable de ADN de cadena sencilla y toxinas antes de la infección, estos retrones producen poco ADN detectable y ninguna cantidad notable de toxina en células sanas. La llegada de un fago desencadena un aumento brusco en la producción de ADN.

A medida que el ADN se acumula, interactúa con una molécula de ARN que había estado impidiendo la producción de la toxina. Esta interacción elimina la restricción, permitiendo a la bacteria producir rápidamente la proteína tóxica. Se cree que la toxina es una proteína excepcionalmente pequeña que se inserta en la membrana celular de la bacteria. Al interrumpir la estabilidad de la membrana, provoca la muerte de la célula infectada, deteniendo así la propagación de la infección viral.

En otras palabras, el ADN actúa como un interruptor de activación en lugar de como un restricción. En lugar de prevenir que una toxina ya existente cause daño, ayuda a activar la producción de toxinas solo cuando la bacteria detecta una amenaza.

La investigación también plantea preguntas intrigantes sobre la evolución bacteriana, incluyendo cómo surgió una defensa tan elaborada y si los retrones tipo VI representan una etapa anterior, posterior o intermedia en la evolución de estos sistemas inmunitarios. Para los científicos que buscan nuevas formas de manipular el ADN, controlar genes y combatir infecciones, esta defensa bacteriana de acción inversa podría proporcionar un punto de partida inesperado.