Investigación

Reducen la materia oscura de los CRISPR y vinculan este sistema inmune de bacterias con sus proteínas de membrana

Un equipo de investigación del CABD ha analizado más de 68.000 genomas de bacterias superresistentes para explicar por qué algunas de ellas tienen sistemas de vacunación CRISPR-Cas frente a virus bacteriófagos

Desde la izquierda, Andrés Garzón, Antonio J. Pérez, Alejandro Moreno y Alejandro Rubio
Desde la izquierda, Andrés Garzón, Antonio J. Pérez, Alejandro Moreno y Alejandro Rubio, en el CABD

La resistencia de las bacterias a los antibióticos constituye una de las principales amenazas globales para la salud pública. Una de las estrategias para luchar contra estas bacterias superresistentes se basa en el uso de virus, llamados bacteriófagos, que resultan inocuos para las personas. El potencial de estos virus se conoce desde principios del siglo pasado, pero la presente resistencia a los antibióticos hace que sea una vía de investigación prioritaria en la actualidad. Ahora, el grupo de investigación UPOBioinfo, que desarrolla sus investigaciones en el Centro Andaluz de Biología del Desarrollo (CABD), ha descrito en un artículo publicado en la revista Science Advances una relación entre las proteínas presentes en la membrana de las bacterias y los sistemas de inmunidad CRISPR-Cas de resistencia a los virus. El trabajo ha sido desarrollado en colaboración con la Universidad de Mainz (Alemania) y el grupo de enfermedades infecciosas del Instituto de Biomedicina de Sevilla.

Los sistemas CRISPR-Cas, presentes en el 40% de las bacterias, permiten que éstas sean inmunes a virus bacteriófagos gracias a que los reconocen por su genoma; estos fragmentos de ADN que poseen algunas bacterias eran desconocidos en su mayoría –denominados por ello ‘materia oscura’–, es decir, no se sabía frente a qué las protegían. El análisis bioinformático llevado a cabo por los investigadores del CABD ha demostrado que esta materia oscura de los CRISPR sirve para reconocer virus bacteriófagos desconocidos hasta ahora, llegando a reducir la materia oscura CRISPR desde el 80% a tan solo el 15% en algunas de las especies.

Conocer mejor los mecanismos por los que las bacterias se defienden frente a los virus, y por qué unas disponen de ‘vacunas’ y otras no, puede ser clave para avanzar en la estrategia de usar los virus para combatir infecciones bacterianas. Por ello, investigadores del grupo UPOBioinfo han analizado más de 68.000 genomas de bacterias superresistentes como Acinetobacter baumannii, Pseudomonas aeruginosa o Klebsiella pneumoniae y han hallado una relación entre la membrana exterior de las bacterias y su capacidad de defensa frente a virus mediante CRISPR-Cas.

Esta nueva teoría denominada triada Membranoma-Fagos-CRISPR muestra que hay bacterias con proteínas exclusivas en su superficie que les permiten tener mayor ventaja en su medio, incluida la resistencia a los antibióticos, pero que pueden ser también la puerta de entrada a virus específicos. Para compensar esta debilidad las bacterias se dotan de sistemas CRISPR-Cas; todo ello explicaría el porqué estos sistemas de vacunación bacteriana no son universales. El equipo UPOBioinfo ha demostrado esta teoría en sistemas de inmunización CRISPR-Cas en cuatro de las seis las bacterias estudiadas.

De este modo el hallazgo supone un avance para una pregunta crucial en la evolución de bacterias y de utilidad en fagoterapia: ¿por qué unas bacterias tienen sistemas de vacunación frente a virus y otras no? Pero, sobre todo, el conocimiento de los detalles de la guerra entre bacterias y virus bacteriófagos, permitirá luchar más eficientemente en el futuro frente a las infecciones causadas por bacterias superresistentes.

ilustración de la teoría denominada triada Membranoma-Fagos-CRISPR

Referencia:
Rubio, A., Sprang, M., Garzón, A., Moreno-Rodriguez, A., Pachón-Ibáñez, M. E., Pachón, J., Andrade-Navarro, M. A., & Pérez-Pulido, A. J. (2023). Analysis of bacterial pangenomes reduces CRISPR dark matter and reveals strong association between membranome and CRISPR-Cas systems. Science Advances, 9(12). https://doi.org/10.1126/sciadv.add8911

27 de abril