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CIENCIAS BIOLÓGICAS Y DE LA SALUD

Aisladas o en comunidad, las bacterias se defienden usando sistemas muy distintos

En una publicación en la revista Nature, de la que participó una investigadora del CONICET, se demostró una discrepancia entre las formas de inmunidad de la bacteria Pseudomonas aeruginosa expuesta a fagos cuando se estudia aislada o en una comunidad más diversa.
(23/10/2019) En una publicación en la revista Nature, científicos demostraron que la resistencia de la bacteria Pseudomonas aeruginosa, cuando se la enfrenta a bacteriófagos –un tipo de virus que infecta a bacterias-, ocurre por sistemas de defensa muy distintos si se la estudia aislada o en un medio rico en presencia de otras especies bacterianas, una situación más parecida a las condiciones que se observan en la naturaleza de sus infecciones.

Los resultados presentados en el trabajo, cuya primera autora es Ellinor O. Alseth de la Universidad de Exeter, Reino Unido, determinaron que si hay otras bacterias en el medio, la bacteria ‘usa’ la inmunidad mediada por CRISPR-Cas –un sistema que involucra una maquinaria genética compleja- para enfrentar a los fagos, virus que están en estudio como posible y lejana terapia antibiótica.

La diferencia que observaron fue que cuando se estudia aislada, la bacteria se defiende al inactivar un receptor de su membrana para evitar la entrada del fago, algo más sencillo o económico pero que tiene otras implicancias en la interacción con las otras especies de bacterias que estarían en el medio en condiciones reales.

“Lo novedoso del resultado es que genera un cambio en nuestro pensamiento: de considerar y estudiar una infección como un sistema monoespecífico [de una sola especie de bacteria], a entenderla como un sistema en donde en realidad las bacterias no solo se exponen al tratamiento con antibióticos y a la respuesta del hospedador –el sistema inmune del humano-, sino también a la interacciones con otras especies”, explica una de las autoras del trabajo, Adela Luján, investigadora asistente del CONICET en el Instituto de Investigaciones en Recursos Naturales y Sustentabilidad “José Sánchez Labrador S. J.” (IRNASUS, CONICET- UCC).

El estudio se realizó in vitro cultivando a estas bacterias en un medio que simula al esputo de los pacientes con fibrosis quística –artificial sputum médium, (ASM en inglés), una enfermedad hereditaria que provoca la acumulación de moco espeso y pegajoso en los pulmones. Como consignan los científicos en la publicación, Pseudonomas aeruginosa es un patógeno oportunista el cual es muy comúnmente la fuente de infecciones intrahospitalarias que ponen en riesgo a estos pacientes cuando colonizan sus pulmones.

La pregunta que disparó este abordaje nuevo era ¿cuál es el rol de estas interacciones con otras bacterias?, ¿Es lo mismo que Pseudomonas aeruginosa este sola para por ejemplo el desarrollo de resistencia a antibióticos?, explica la científica del INARSUS que participó en la puesta a punto de los experimentos durante su estadía postdoctoral en la Universidad de Exeter, luego de aplicar a una  Beca Marie Curie.

Se encaró, entonces, el trabajo sobre la resistencia a estos virus, los fagos, en parte alimentado por un renovado interés en el uso terapéutico de bacteriófagos como antimicrobianos. “En la interacción entre el virus y la bacteria, ambos en un hospedador –que en nuestro caso es el paciente con fibrosis quística-, van desarrollando mecanismos de resistencia, en el caso de la bacteria, y nuevas formas de infectar, en el caso del virus –fago-. Estas interacciones reciprocas entre fago y bacteria se las conoce como coevolución, y entender cómo las interacciones entre especies afectan su dinámica es relevante tanto para la teoría como para el mundo aplicado”, explica Luján.

Dos mecanismos de defensa con consecuencias distintas

La bacteria tiene diferentes formas de resistir: por un lado un mecanismo adaptativo de inmunidad que es el CRISPR, que es el sistema más utilizado por la bacteria en la naturaleza cuando se la ataca con fagos en presencia de otras especies de bacterias.

“Es como nuestra inmunidad de memoria, cuando nos entra un patógeno, nos genera anticuerpos y la próxima vez que entra este antígeno, ya tenemos respuesta. En las bacterias pasa eso, van guardando pedacitos de fagos en su genoma y la próxima vez que el fago infecta ya lo pueden matar rápidamente. En este caso es un sistema que la bacteria tiene que desarrollar: el fago tiene que ingresar a la célula y un fragmento de su ADN debe ser incorporado al genoma, en el locus de CRISP; es un mecanismo más específico, más complejo.”

La otra forma que es la que utiliza la célula cuando es examinada in vitro sin otras bacterias en el medio, es el bloqueo de receptores para fagos. “[Esta es] una forma más fácil y menos específica en la que se muta un receptor de membrana que el fago necesita para entrar a la bacteria y hacer uso de su maquinaria genética.

El inconveniente para la bacteria, cuando usa el bloqueo de receptores es que, si bien el fago no ingresa a la célula tampoco pueden salir de la misma las toxinas que P. aeruginosa usa para matar a sus otros competidores.  “No se sabe por qué pero  cuando las bacterias adquieren la resistencia por CRISPR, se vuelven más virulenta –produce más de estas toxinas-, es decir que si se usa este sistema no solo se elimina el costo que sería anular el receptor sino que además hay más virulencia, lo que se traduce en una mayor capacidad de competir ante otras bacterias”, agrega.

La terapia de fagos, si bien es algo en ciernes en la medicina, ante la creciente resistencia a los antibióticos, se han abierto las posibilidades de investigación sobre estos virus como alternativa terapéutica. En principio, explica Luján estos resultados surgen del “interés que hay desde la ciencia básica en entender los mecanismos de resistencia a fagos para en un futuro muy lejano, entender cómo una terapia de fagos podría funcionar”.

Referencia bibliográfica: Bacterial biodiversity drives the evolution of CRISPR-based phage resistance. Ellinor O. Alseth, Elizabeth Pursey, Adela M. Luján, Isobel McLeod, Clare Rollie & Edze R. Westra. Nature volume 574, pages549–552 (2019)

DOI: 10.1038/s41586-019-1662-9
Dra. Adela Luján (Izq) y Dr. Edze Westra (a la derecha), junto a la primera autora, Dra. Ellinor O Alseth, y resto del equipo del trabajo publicado, en la Universidad de Exeter. Fotos: Gentileza investigadores.

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