Descubriendo las defensas bacterianas contra los virus

Las bacterias son cositas vivas muy pequeñas que pueden producir compuestos químicos para ayudarles a sobrevivir en diferentes ambientes. Algunos de estos compuestos se conocen como Productos Naturales, que tienen usos importantes en la medicina y la industria. Por ejemplo, los antibióticos y los medicamentos contra el cáncer se hacen a partir de estos productos naturales. Sin embargo, no sabemos qué hacen la mayoría de estos productos naturales para las bacterias.

Una interacción interesante ocurre entre las bacterias y los virus llamados Fagos. Los fagos infectan a las bacterias, y entender cómo las bacterias se defienden de los fagos es clave para saber más sobre su supervivencia. En el pasado, se observó que ciertas bacterias podían detener a los fagos de replicarse, pero solo recientemente hemos encontrado algunos compuestos específicos en las bacterias que ayudan a protegerse de estos virus. Aún así, hay mucho que no sabemos sobre qué tan extendidas y diferentes son estas defensas químicas entre varias bacterias.

Los avances recientes en ciencia han hecho posible predecir qué genes podrían estar involucrados en la producción de estos productos naturales o en proporcionar protección contra fagos. Buscando patrones en esos genes, los científicos esperan encontrar nuevas formas en que las bacterias puedan defenderse. La mayoría de los productos naturales producidos por las bacterias provienen de un grupo de genes llamados clústeres de genes biosintéticos (BGCs). La mayoría de estos BGCs aún no han sido estudiados, así que hay una posibilidad de que lleven a descubrir nuevos compuestos que protejan contra los fagos.

Un tipo de producto natural son los lanthipeptidos, que también son hechos por bacterias. Se forman a partir de un péptido precursor que pasa por varios cambios para crear un producto final activo. Aunque se han descubierto más lanthipeptidos recientemente, sus funciones específicas, incluyendo si ayudan en la defensa contra fagos, siguen siendo en su mayoría desconocidas. Este documento explora un nuevo conjunto de BGCs de lanthipeptidos que se encuentran en un grupo de bacterias llamadas Actinobacterias, que parecen trabajar en conjunto con los sistemas de defensa anti-fagos conocidos.

#Descubrimiento de Clústeres de Genes de Lanthipeptidos

Para aprender más sobre los lanthipeptidos y su posible papel en la defensa contra fagos, los investigadores analizaron una gran cantidad de genomas bacterianos. Identificaron miles de BGCs que probablemente están involucrados en la producción de lanthipeptidos. Usando un software especial, los científicos buscaron conexiones entre estos BGCs y los sistemas anti-fagos conocidos, descubriendo algunas relaciones interesantes.

En su investigación, encontraron que una clase particular de BGCs de lanthipeptidos, conocidos como clase I, estaban más comúnmente ubicados cerca de los sistemas de defensa en comparación con otras clases de BGCs. Esto llevó a la hipótesis de que estos BGCs de lanthipeptidos podrían tener un papel en ayudar a las bacterias a resistir ataques de fagos.

A través de un análisis más profundo, los investigadores encontraron un grupo específico de BGCs de lanthipeptidos de clase I que aparecieron frecuentemente junto a los sistemas de defensa. Nombraron a este grupo "lantifagos" para resaltar su posible papel en proteger a las bacterias de los fagos.

#Prueba de la Actividad de los Lantifagos

Para ver si los lantifagos podían proteger a las bacterias de los fagos, los científicos analizaron una cepa modelo de bacterias conocida como Streptomyces coelicolor. Descubrieron que esta cepa tiene un lantifago en su genoma, que contiene los genes necesarios para producir lanthipeptidos. El siguiente paso fue averiguar si expresar estos genes podría conducir a protección contra los fagos.

Modificando los genes bacterianos, hicieron que algunas cepas expresaran el lantifago mientras que otras no. Luego expusieron estas cepas bacterianas a varios fagos para ver qué tan bien podían defenderse. Los resultados mostraron que las cepas que expresaban el lantifago tenían significativamente menos placas, que son marcas dejadas por la infección viral, en comparación con las cepas que no lo expresaban.

Para asegurar que esta protección provenía del lantifago, los investigadores experimentaron reduciendo la expresión de genes específicos del lantifago. Cuando redujeron la actividad de estos genes, las bacterias perdieron su resistencia a los fagos, confirmando que el lantifago era crucial para defenderse de la infección por fagos.

#Presencia de Lantifagos en Otras Bacterias

Después de confirmar el papel protector de los lantifagos en Streptomyces coelicolor, los investigadores querían ver si estas defensas genéticas estaban presentes en otras bacterias. Analizaron miles de genomas bacterianos y encontraron que los lantifagos existen predominantemente en Actinobacterias. Observaron que varias especies de Streptomyces contenían lantifagos, lo que destacó la posibilidad de que estas defensas químicas sean un rasgo común entre bacterias que viven en ambientes similares.

Para investigar más la diversidad de los lantifagos, los investigadores analizaron la composición genética de estos compuestos y encontraron varios tipos distintos basados en sus secuencias genéticas y enzimas asociadas. Clasificaron estos tipos en un sistema claro, lo que podría ayudar a entender su función y posibles usos.

#Entendiendo el Mecanismo de Acción

A continuación, los científicos estaban interesados en cómo los lantifagos realmente protegen a las bacterias. Comenzaron analizando los lanthipeptidos producidos al expresar el lantifago en Streptomyces coelicolor. Usaron técnicas avanzadas para identificar un nuevo lanthipeptido único que se produce solo en presencia del lantifago. Este nuevo compuesto tenía un peso molecular diferente a cualquier lanthipeptido conocido previamente, sugiriendo que podría tener propiedades o modificaciones únicas.

Estudiando cómo este lanthipeptido interactúa con los fagos, los investigadores hipótesis que podría interferir con la capacidad del fago para replicarse o funcionar. También descubrieron que los fagos que desarrollaron mutaciones, conocidos como "mutantes de escape", podían eludir las protecciones ofrecidas por los lantifagos. Estos mutantes de escape tenían cambios en un gen específico que podría afectar la forma en que los fagos se comportaban durante la infección.

#Impacto en la Transcripción del Fago

Para entender más a fondo la interacción entre los lantifagos y los fagos, los investigadores observaron cómo la presencia de lantifagos alteraba la transcripción de los fagos. Realizaron experimentos para medir el nivel de transcripción de los genes de los fagos al infectar cepas bacterianas normales y cepas que expresaban lantifagos.

Los resultados indicaron que la expresión de los lantifagos reducía significativamente la transcripción de ciertos genes de los fagos, especialmente aquellos relacionados con las etapas finales del ciclo de vida del fago. Esto significa que los compuestos producidos por los lantifagos podrían dirigirse directamente a los procesos del fago, obstaculizando su capacidad para replicarse de manera eficiente.

#Conclusión

El descubrimiento de los lantifagos revela una nueva capa de complejidad en las interacciones entre las bacterias y sus virus. Estos hallazgos sugieren que ciertos tipos de productos naturales bacterianos, específicamente los lanthipeptidos, juegan un papel significativo en la defensa contra las infecciones por fagos. La capacidad de estos compuestos para modificar el comportamiento de los fagos e inhibir la transcripción abre posibilidades emocionantes para investigar adaptaciones bacterianas y sus posibles aplicaciones.

Con el conocimiento obtenido del estudio de los lantifagos, la investigación futura podría revelar aún más sobre la función y diversidad de las defensas bacterianas. Esto plantea la posibilidad de que podría haber muchos más tipos de BGCs que contribuyan a la protección no solo contra los fagos sino también contra otras amenazas ambientales.

Las implicaciones de este descubrimiento podrían extenderse más allá del laboratorio. Entender cómo las bacterias se defienden podría ayudar a desarrollar nuevos tratamientos y estrategias para manejar infecciones, particularmente a medida que la resistencia a los antibióticos se convierte en una preocupación creciente. La búsqueda de nuevos y efectivos productos naturales de las bacterias podría llevar a soluciones innovadoras en medicina y biotecnología, allanando el camino para nuevos avances en terapias antibióticas y antivirales.

En resumen, el estudio de los lantifagos ilumina la intrincada relación entre las bacterias y los virus y destaca la importancia de los productos naturales en los sistemas de defensa microbiana. A medida que la investigación continúa, será fascinante ver qué otros secretos guardan estos pequeños organismos y cómo podrían un día beneficiar la salud humana y la sociedad.