MICROBIOLOGÍA BACTERÍAS

CRISPR contra Cas: el secreto del Echerichia coli

EFEFUTURO.- Un equipo de investigadores españoles ha descubierto un mecanismo que permite a las bacterias mantener y mejorar su capacidad patógena, un descubrimiento sorprendente que ayudará a conocer mejor el funcionamiento de estos microorganismos y a luchar contra las enfermedades bacterianas.

<p>Una colonia de la bacteria E. Coli en un plato. EFE/JULIAN STRATENSCHULTE</p>

Una colonia de la bacteria E. Coli en un plato. EFE/JULIAN STRATENSCHULTE

La investigación, publicada en Nature Microbiology, ha sido dirigida por Francisco J.M Mojica, profesor del departamento de Fisología, Genética y Microbiología de la Universidad de Alicante.




El estudio ha analizado cómo la bacteria intestinal Escherichia coli utiliza el sistema CRISPR-Cas, un mecanismo de defensa de las bacterias descubierto por Mojica y que inspiró la tecnología CRISPR, cuyo desarrollo le valió el Princesa de Asturias de Investigación 2015 a las investigadoras Doudna y Charpentier.



CRISPR-Cas, un sistema de defensa


Aproximadamente la mitad de las bacterias tiene una herramienta molecular llamada sistema CRISPR-Cas que les permite defenderse contra los virus que las infectan.


“Uno de los componentes de este sistema, CRISPR, actúa como la memoria de las infecciones: Cuando un virus entra en la bacteria, ésta coge un fragmento del material genético del virus, lo guarda en CRISPR y así se inmuniza”, explica Mojica en declaraciones a Efe.




Imagen de Francisco J.M. Mojica, investigador de la Universidad de Alicante.

Imagen de Francisco J.M. Mojica, investigador de la Universidad de Alicante.


Después, con la información acumulada en las regiones CRISPR, las proteínas Cas, reconocen al invasor y lo destruyen.


Aunque se parezca al sistema inmune de los humanos, es algo único entre los seres vivos “porque para inmunizarse, la bacteria modifica su propio material genético. Eso es excepcional”.


Por tanto, “CRISPR-Cas es un sistema inmunológico con memoria que mantiene el recuerdo de las infecciones, y Cas es el elemento del sistema que, guiado por esta información, destruye al virus”.


Pero ¿por qué no todas las bacterias tienen este sistema?.


Según Mojica, que estas barreras no estén en todos los microorganismos indica que probablemente este sistema o bien tiene algún tipo de coste para la bacteria, o bien, carecer de ella le resulta beneficioso.



Bacterias patógenas, mayoría sin CRISPR-Cas


La mayor parte de las bacterias que no tienen CRISPR-Cas o lo tienen inactivo son patógenas, “y esto ya es una pista”, advierte.


Y es que, en algunos casos, las bacterias patógenas se benefician de la entrada de material genético procedente de otras bacterias: “Una bacteria sensible a un antibiótico, por ejemplo, puede adquirir información genética de otra bacteria resistente a ese antibiótico y, con ello, hacerse resistente también a dicho antimicrobiano”.


Si tuvieran un sistema CRISPR-Cas activo, la información sería destruida y la bacteria no adquiriría la resistencia frente al antibiótico.


Pero este intercambio de material genético también se produce con los virus. “Los propios virus no siempre matan a la bacteria: introducen su material genético en ella y se quedan durante generaciones, con ello la bacteria puede incrementar su patogenicidad y aumentar su probabilidad de supervivencia cuando infecta al huésped”.




“Un ejemplo es la bacteria de la difteria, que transmite esta enfermedad porque tiene un virus en su genoma capaz de producir la toxina diftérica, y algo similar ocurre con el botulismo…son bacterias que resultan patógenas precisamente por contener esta información vírica”, apunta Mojica.



Estas barreras protectoras que limitan la entrada de información genética, por tanto, tienen un doble efecto: defienden contra virus pero también pueden limitar la posibilidad de adquirir una información genética que las hace “más resistentes, adaptables y virulentas”.



Estudio en Escherichia coli


Durante el estudio, los investigadores han trabajado con la bacteria intestinal Escherichia coli, y han visto que estos microorganismos no sólo carecen del sistema CRISPR-Cas, sino que tienen un mecanismo para no adquirirlo. 


En esta bacteria, el sistema CRISPR-Cas está incompleto, tiene el CRISPR sin el Cas. 


“Eso significa que tienen el elemento CRISPR con una información que dirige a proteínas Cas contra sí mismas.  Es decir, CRISPR hace que Cas se suicide y que estas proteínas se autodestruyan, con lo cual, no se monta el sistema CRISPR-Cas completo”




Así, la bacteria “usa parte de los elementos del sistema inmune para evitar que se instaure en la célula el sistema completo, esto es lo biológicamente relevante y paradójico: tienen parte del sistema inmune -que no es funcional- sino que sirve para redirigirlo contra sí mismo”.



Se trata de “toda una prueba de concepto que nos está diciendo que no quieren tener este mecanismo de defensa, algo tremendo desde el punto de vista biológico”, subraya.


Para Mojica la explicación es sencilla: “para estas bacterias es más importante poder adquirir material genético -que va a potenciar su poder patógeno- que tener un sistema de defensa”.


“El estudio de estos sistemas en sus hospedadores naturales, las bacterias, no deja de sorprendernos y de proporcionar nuevas vías para el control de las poblaciones de microorganismos y la lucha contra enfermedades”, concluye Mojica. EFE

Publicado en: Ciencia

La investigación, publicada en Nature Microbiology, ha sido dirigida por Francisco J.M Mojica, profesor del departamento de Fisología, Genética y Microbiología de la Universidad de Alicante.




El estudio ha analizado cómo la bacteria intestinal Escherichia coli utiliza el sistema CRISPR-Cas, un mecanismo de defensa de las bacterias descubierto por Mojica y que inspiró la tecnología CRISPR, cuyo desarrollo le valió el Princesa de Asturias de Investigación 2015 a las investigadoras Doudna y Charpentier.



CRISPR-Cas, un sistema de defensa


Aproximadamente la mitad de las bacterias tiene una herramienta molecular llamada sistema CRISPR-Cas que les permite defenderse contra los virus que las infectan.


“Uno de los componentes de este sistema, CRISPR, actúa como la memoria de las infecciones: Cuando un virus entra en la bacteria, ésta coge un fragmento del material genético del virus, lo guarda en CRISPR y así se inmuniza”, explica Mojica en declaraciones a Efe.




Imagen de Francisco J.M. Mojica, investigador de la Universidad de Alicante.

Imagen de Francisco J.M. Mojica, investigador de la Universidad de Alicante.


Después, con la información acumulada en las regiones CRISPR, las proteínas Cas, reconocen al invasor y lo destruyen.


Aunque se parezca al sistema inmune de los humanos, es algo único entre los seres vivos “porque para inmunizarse, la bacteria modifica su propio material genético. Eso es excepcional”.


Por tanto, “CRISPR-Cas es un sistema inmunológico con memoria que mantiene el recuerdo de las infecciones, y Cas es el elemento del sistema que, guiado por esta información, destruye al virus”.


Pero ¿por qué no todas las bacterias tienen este sistema?.


Según Mojica, que estas barreras no estén en todos los microorganismos indica que probablemente este sistema o bien tiene algún tipo de coste para la bacteria, o bien, carecer de ella le resulta beneficioso.



Bacterias patógenas, mayoría sin CRISPR-Cas


La mayor parte de las bacterias que no tienen CRISPR-Cas o lo tienen inactivo son patógenas, “y esto ya es una pista”, advierte.


Y es que, en algunos casos, las bacterias patógenas se benefician de la entrada de material genético procedente de otras bacterias: “Una bacteria sensible a un antibiótico, por ejemplo, puede adquirir información genética de otra bacteria resistente a ese antibiótico y, con ello, hacerse resistente también a dicho antimicrobiano”.


Si tuvieran un sistema CRISPR-Cas activo, la información sería destruida y la bacteria no adquiriría la resistencia frente al antibiótico.


Pero este intercambio de material genético también se produce con los virus. “Los propios virus no siempre matan a la bacteria: introducen su material genético en ella y se quedan durante generaciones, con ello la bacteria puede incrementar su patogenicidad y aumentar su probabilidad de supervivencia cuando infecta al huésped”.




“Un ejemplo es la bacteria de la difteria, que transmite esta enfermedad porque tiene un virus en su genoma capaz de producir la toxina diftérica, y algo similar ocurre con el botulismo…son bacterias que resultan patógenas precisamente por contener esta información vírica”, apunta Mojica.



Estas barreras protectoras que limitan la entrada de información genética, por tanto, tienen un doble efecto: defienden contra virus pero también pueden limitar la posibilidad de adquirir una información genética que las hace “más resistentes, adaptables y virulentas”.



Estudio en Escherichia coli


Durante el estudio, los investigadores han trabajado con la bacteria intestinal Escherichia coli, y han visto que estos microorganismos no sólo carecen del sistema CRISPR-Cas, sino que tienen un mecanismo para no adquirirlo. 


En esta bacteria, el sistema CRISPR-Cas está incompleto, tiene el CRISPR sin el Cas. 


“Eso significa que tienen el elemento CRISPR con una información que dirige a proteínas Cas contra sí mismas.  Es decir, CRISPR hace que Cas se suicide y que estas proteínas se autodestruyan, con lo cual, no se monta el sistema CRISPR-Cas completo”




Así, la bacteria “usa parte de los elementos del sistema inmune para evitar que se instaure en la célula el sistema completo, esto es lo biológicamente relevante y paradójico: tienen parte del sistema inmune -que no es funcional- sino que sirve para redirigirlo contra sí mismo”.



Se trata de “toda una prueba de concepto que nos está diciendo que no quieren tener este mecanismo de defensa, algo tremendo desde el punto de vista biológico”, subraya.


Para Mojica la explicación es sencilla: “para estas bacterias es más importante poder adquirir material genético -que va a potenciar su poder patógeno- que tener un sistema de defensa”.


“El estudio de estos sistemas en sus hospedadores naturales, las bacterias, no deja de sorprendernos y de proporcionar nuevas vías para el control de las poblaciones de microorganismos y la lucha contra enfermedades”, concluye Mojica. EFE

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