Un estudio del estado estadounidense de Ohio revela un mecanismo de defensa bacteriana contra los fagos

Un estudio del estado estadounidense de Ohio revela un mecanismo de defensa bacteriana contra los fagos

Uno de los muchos secretos del éxito de las bacterias es su capacidad para defenderse contra virus llamados fagos, que infectan a las bacterias y utilizan su maquinaria celular para hacer copias de sí mismas.

Los avances tecnológicos han permitido recientemente identificar las proteínas implicadas en estos sistemas, pero los científicos aún están profundizando en cómo funcionan estas proteínas.

En un nuevo estudio, un equipo de la Universidad Estatal de Ohio ha informado sobre la composición molecular de uno de los sistemas antifagos más comunes, de la familia de proteínas llamada Gabija, que se estima que es utilizado por al menos el 8,5% y hasta el 18% de todas las especies bacterianas de la Tierra.

Los investigadores descubrieron que una proteína parece tener la capacidad de combatir un fago. Sin embargo, cuando se une a una proteína asociada, el complejo resultante es extremadamente hábil para cortar el genoma de un fago invasor, dejándolo incapaz de replicarse.

Nuestra hipótesis es que las dos proteínas deben formar un complejo para desempeñar un papel en la prevención de fagos. Pero también creemos que una proteína por sí sola tiene una determinada función antifagos. El papel completo de la segunda proteína requiere más investigación”.

Zhangfei Shen, coautor principal del estudio y becario postdoctoral en química biológica y farmacología de la Facultad de Medicina del Estado de Ohio.

Los resultados contribuyen a la comprensión científica de las estrategias evolutivas de los microorganismos y algún día podrían traducirse en aplicaciones biomédicas, afirman los investigadores.

Shen y el coautor principal Xiaoyuan Yang, un estudiante de posgrado, trabajan en el laboratorio del autor principal Tianmin Fu, profesor asistente de química biológica y farmacología en el estado de Ohio.

El estudio fue publicado el 16 de abril.Biología estructural y molecular de la naturaleza.

Las dos proteínas que componen este sistema de defensa se llaman Gabija A y Gabija B, o GajA y GajB para abreviar.

Los investigadores utilizaron microscopía crioelectrónica para determinar las estructuras bioquímicas de GajA y GajB individualmente, así como el llamado complejo supramolecular, GajAB, que se forma cuando los dos se combinan en un grupo formado por cuatro moléculas de cada proteína.

En experimentos conbacilo cereusUtilizando bacterias como ejemplo, los investigadores observaron la actividad del complejo en presencia de fagos para comprender mejor cómo funciona el sistema de defensa.

Aunque GajA por sí solo mostró signos de actividad que podrían desactivar el ADN de un fago, el complejo que formó con GajB fue mucho más eficaz para garantizar que los fagos no pudieran apoderarse de la célula bacteriana.

"Esa es la parte misteriosa", dijo Yang. "GajA por sí solo es suficiente para escindir el núcleo del fago, pero también forma el complejo con GajB cuando los incubamos juntos. Nuestra hipótesis es que GajA reconoce la secuencia del genoma del fago, pero GajB mejora este reconocimiento y ayuda a cortar el ADN del fago". “

El gran tamaño y la configuración alargada del complejo dificultaron obtener una imagen completa de las contribuciones funcionales de GajB cuando se une a GajA, dijo Shen, por lo que el equipo tuvo que hacer algunas suposiciones sobre las funciones de las proteínas que aún no se han confirmado.

"Todo lo que sabemos es que GajB ayuda a aumentar la actividad de GajA, pero aún no sabemos cómo funciona porque sólo vemos alrededor del 50% en el complejo", dijo Shen.

Una de sus hipótesis es que GajB podría influir en la concentración de una fuente de energía, el nucleótido ATP (trifosfato de adenosina), en el entorno celular, concretamente, reduciendo el ATP tras detectar la presencia del fago. Esto tendría el doble efecto de expandir la actividad de desactivación del ADN del fago de GajA y robar la energía que un fago necesitaría para comenzar a replicarse, dijo Yang.

Todavía hay más que aprender sobre los sistemas de defensa antifagos bacterianos, pero este equipo ya ha demostrado que bloquear la replicación del virus no es la única arma en el arsenal bacteriano. En un estudio anterior, Fu, Shen, Yang y sus colegas describieron una estrategia de defensa diferente: las bacterias programan su propia muerte en lugar de permitir que los fagos se apoderen de una comunidad.

Este trabajo fue apoyado por el Instituto Nacional de Ciencias Médicas Generales.

Otros coautores incluyen a Jiale Xie, Jacelyn Greenwald, Ila Marathe, Qingpeng Lin y Vicki Wysocki de Ohio State y Wenjun Xie de la Universidad de Florida.

Fuentes: