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CRISPR: Nuevo mecanismo de defensa contra bacteriofagos

Los bacteriófagos son los principales verdugos de las bacterias, un simple fago como el T7 tiene la capacidad de destruir al 99.9% de las bacterias de una colonia de 10 billones de individuos en tan sólo 2 horas, son más efectivos que el jabón NEKO.

Las bacterias en su afán de sobrevivir han desarrollado una serie de mecanismos de defensa, por ejemplo pueden mutar los genes que codifican sus receptores de membrana para no ser reconocidos por los fagos, pero aún así no pueden esconderse; los fagos han demostrado ser más "inteligentes" que ellos y también han desarrollado sistemas para superar este inconveniente, adquiriendo nuevas características virulentas que son rápidamente diseminadas entre los demás fagos. Las bacterias entonces le dicen al fago: "bueno mete tu ADN si quieres que aquí adentro te tengo una sorpresa", un segundo mecanismo de defensa son las enzimas de restricción, estas enzimas reconocen determinadas secuencias de ADN y las cortan, haciendo picadillo al ADN del fago.

Pero las enzimas de restricción, para diferenciar el ADN de la bacteria del ADN foráneo y no auto-atacarse, corta el ADN que no está metilado o glucosilado, que en este caso es el de los fagos. Pero los fagos nuevamente han demostrado ser "vivasos", sobretodo los fagos Tpar (T2, T4, T6, ...), quienes tienen la capacidad de metilar o glucosilar su propio ADN, evitando así el ataque de las enzimas de restricción de la bacteria. Otros fagos, lo que hacen primero es insertar una pequeña porción de ADN en la bacteria, este ADN codifica para pequeñas proteínas antagónicas a las enzimas de restricción provocando una inactivación de estas enzimas, así que el fago ahora si puede insertar el ADN restante sin ningún temor. Entonces, que le queda a las bacterias por hacer? Las bacterias no les importa morir por sus compañeras, así que su última línea de defensa es el suicidio, donde la infección por ciertos fagos provocan de manera prematura la muerte celular, antes que las partículas del virus se ensamblen.

Recientemente un nuevo tipo de defensa ha sido descubierto, basado en la agrupación de pequeñas regiones palindrómicas regularmente espaciadas CRISPR (Clusters of Regularly Interspaced Short Palindromic Regions) distribuídos ampliamente en el genoma de las bacterias., flanqueados por genes asociados a CRISPR (cas genes). Se descubrió que estas secuencias son idénticas a pequeñas regiones del ADN de los fagos y que cambian constantemente, como una memoria de infecciones pasadas. Este estudo se hizo en una cepa de Streptococcus thermophilus que tenían una extraña resistencia a los fagos. Esta cepa fue aislada y se identificó su secuencia CRISPR, la cual fue extraída y clonada en una cepa de S. thermophilus suceptible al fago, adquiriendo una resitencia una vez insertado la región CRISPR.

A pesar de la importancia evolutiva de este mecanismo en las bacterias y las arqueas, se conoce muy poco sobre su funcionamiento. En estudios realizados en laboratorio se encontró que los genes cas codifican para un complejo multiproteínico llamado Cascade (CRISPR-associated complex for antiviral defense) constituído de 5 proteínas Cas (CasA,B,C,D,E). El transcrito primario CRISPR cuenta con fragmentos de 57nt, cada uno conteniendo una secuencia idéntica al del fago. Se determinó que solo CasE es requerido para que Cascade se una al transcrito primario CRISPR. Cascade se une al transcrito primario CRISPR cortando y liberando estas pequeñas secuencias que se unen al ADN viral inactivándolo.

Los científicos también desarrollaron CRISPR artificiales con secuencias específicas del Fago Lambda, y se clonaron en E. coli. El CRISPR artificial fue completamente eficiente reduciendo la virulencia del fago lambda en 10 millones de veces. Esta eficiencia depende de la funcionalidad de Cascade y de la expresión del gen Cas3. Finalmente se fabricó un CRISPR artifical conteniendo secciones no codificantes del ADN del fago, el mecanismo CRISPR funcionó correctamente lo que demostró que este sistema ataca al ADN del fago antes que se transcriba, a diferencia del mecanismo de defensa de las Eucariotas mediante los siRNA, que silencian la expresión de los genes del virus a nivel del ARNm.

Se puede decir que con este mecanismo de defensa, las bacterias han sacado un paso de ventaja en su lucha diaria con los fagos, pero seguramente los fagos también tendrán sus formas de evadir este mecanismo, así que esta guerra continuará hasta el fin de los tiempos.

Referencia:

Small CRISPR RNAs Guide Antiviral Defense in Prokaryotes
Science 15 August 2008:Vol. 321. no. 5891, pp. 960 - 964DOI: 10.1126/science.1159689

Comentarios

  1. Hola, muy buena la información, pero solo un comentario en "Las bacterias en su afán de sobrevivir han desarrollado una serie de mecanismos de defensa...", las mutaciones no tienen un propósito o digamos un fin, el ambiente y las condiciones son las que hacen que una mutación sea benéfica,perjudicial o que no ejerza un papel en la sobrevivencia o adapción de un organismo.

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