Sistema CRISPR-Cas en Streptococcus anginosus: Un acto de equilibrio

Los organismos procariontes, como las bacterias, han desarrollado maneras de protegerse de las infecciones causadas por virus llamados bacteriófagos, así como de otro material genético no deseado. Uno de los sistemas clave que usan para este propósito se conoce como CRISPR. Este sistema consiste en una colección de genes y secuencias que ayudan a las bacterias a adaptarse a nuevas infecciones almacenando pedazos de ADN de invasores anteriores.

#¿Qué es CRISPR?

CRISPR significa Repeticiones Palindrómicas Cortas Agrupadas y Regularmente Interespaciadas. Incluye genes especiales y una serie de secuencias únicas llamadas espaciadores. Estos espaciadores son fragmentos de ADN tomados de atacantes pasados, que permiten a las bacterias reconocer y defenderse de amenazas similares en el futuro. Cuando ocurre una nueva infección, las bacterias pueden añadir nuevas secuencias de espaciadores a su conjunto de CRISPR, asegurándose de que pueden responder de manera efectiva.

El sistema CRISPR trabaja produciendo pequeñas moléculas de ARN llamadas crRNAs a partir de las secuencias de espaciadores. Estos crRNAs forman asociaciones con proteínas conocidas como proteínas Cas. Juntos, identifican y cortan secuencias de ADN específicas de virus invasores o elementos genéticos, neutralizando esencialmente la amenaza.

Los sistemas CRISPR-Cas se clasifican en dos clases principales, que incluyen varios tipos. Los sistemas de Clase 1 tienen múltiples subunidades de proteínas, mientras que los sistemas de Clase 2 constan de solo una proteína importante, generalmente Cas9. Esta simplicidad ha hecho que Cas9 se use ampliamente en investigación y en ingeniería genética.

A pesar de sus beneficios, los sistemas CRISPR-Cas solo se encuentran en aproximadamente la mitad de las muestras bacterianas. Las razones de la ausencia de este sistema en muchas cepas, incluidas algunas especies, siguen siendo poco claras.

#Más allá de la defensa: Otros roles de CRISPR-Cas

En los últimos años, los científicos han descubierto que los sistemas CRISPR-Cas hacen más que solo defender a las bacterias de invasores. También parecen jugar un papel en varias funciones relacionadas con la vida bacteriana, como reparar ADN dañado, regular la expresión génica e influir en la fuerza de las bacterias y su capacidad para resistir el estrés.

Cuando las bacterias enfrentan estrés de su entorno, sus sistemas CRISPR-Cas pueden activarse. Esta activación ayuda a proteger las células bacterianas del daño causado por factores estresantes como el calor o sustancias dañinas. Diferentes bacterias enfrentan varios factores estresantes cuando viven en diferentes hábitats, incluidos los dentro del cuerpo humano.

#Streptococcus anginosus: Un estudio de caso

Una bacteria en particular, Streptococcus anginosus, se encuentra comúnmente en varias partes del cuerpo humano, como la boca y los tractos digestivo y urinario. Aunque generalmente existe como una parte inofensiva de nuestro microbioma, también se ha asociado con infecciones y enfermedades graves.

Recientemente, el papel de S. anginosus en las infecciones ha ganado atención, ya que se ha identificado cada vez más en diferentes tipos de infecciones. Esta bacteria se encuentra frecuentemente en abscesos y se ha relacionado con condiciones como infecciones pulmonares e incluso cáncer de estómago. Esto resalta su importancia como un patógeno emergente.

Investigaciones anteriores han mostrado que hay diferentes sistemas CRISPR-Cas en S. anginosus y que ciertos genes relacionados con el daño celular están vinculados a la presencia de estos sistemas. En este contexto, la investigación se ha centrado en cómo el sistema CRISPR-Cas en S. anginosus responde al estrés.

#Investigando el sistema CRISPR-Cas en S. anginosus

Los investigadores querían investigar cómo funciona el sistema CRISPR-Cas en S. anginosus, especialmente en lo que respecta a la resistencia al estrés. Para hacer esto, crearon varias cepas Mutantes de S. anginosus. Algunas de estas cepas tenían partes importantes del sistema CRISPR-Cas eliminadas o alteradas.

Una de las cepas principales estudiadas fue S. anginosus SK52, que contiene la proteína Cas9 como parte de su sistema CRISPR-Cas. Los investigadores crearon diferentes mutantes, como una cepa sin Cas9, una cepa sin todo el conjunto de CRISPR, y una cepa con el gen de Cas9 añadido. Al estudiar estas diferentes cepas, pretendían entender cómo CRISPR-Cas impacta la respuesta al estrés y la supervivencia general de la bacteria.

Para evaluar qué tan bien funcionaba el sistema CRISPR-Cas, los investigadores realizaron pruebas que involucraban la introducción de Plásmidos, que son pequeños fragmentos circulares de ADN. Desarrollaron plásmidos que llevaban secuencias de espaciadores específicas encontradas en S. anginosus. Este experimento tenía como objetivo ver si la presencia de las secuencias correctas podía evitar que las bacterias aceptaran nuevos plásmidos, indicando una interferencia activa de CRISPR-Cas.

#Resultados de los experimentos

Los experimentos mostraron que el sistema CRISPR-Cas en S. anginosus SK52 era de hecho funcional. Cuando estaban presentes las secuencias exactas, las bacterias no podían incorporar nuevos plásmidos, indicando que el sistema CRISPR-Cas estaba trabajando activamente para detener la entrada de ADN extraño.

A continuación, los investigadores examinaron la expresión de la proteína Cas9 durante diferentes fases de crecimiento y bajo diversas condiciones de estrés. Desafortunadamente, no encontraron ningún aumento significativo en los niveles de Cas9 cuando las bacterias fueron expuestas a factores de estrés como antibióticos o calor, sugiriendo que los niveles de Cas9 permanecieron constantes independientemente de las condiciones ambientales.

#Respuesta al estrés y supervivencia

Para evaluar la respuesta al estrés de S. anginosus SK52 y sus mutantes, los investigadores expusieron las bacterias a una variedad de factores estresantes, incluyendo luz UV, peróxido de hidrógeno y altas temperaturas. Sorprendentemente, encontraron que las cepas que llevaban la proteína Cas9 tenían tasas de supervivencia más bajas bajo estas condiciones de estrés.

Por ejemplo, la cepa sin la proteína Cas9 sobrevivió a la exposición a luz UV significativamente mejor que la cepa tipo salvaje. Este patrón también se observó en otras condiciones de estrés, sugiriendo que la expresión de Cas9 podría estar obstaculizando la capacidad de las bacterias para hacer frente al estrés.

Más pruebas mostraron que las cepas de S. anginosus que carecían de Cas9 tenían una tasa de supervivencia más alta cuando se exponían a estrés oxidativo por peróxido de hidrógeno o calor extremo. Esto llevó a los investigadores a proponer que llevar la proteína Cas9 podría tener un costo, afectando la resistencia al estrés de las bacterias.

#Crecimiento y actividad metabólica

Además de la respuesta al estrés, los investigadores investigaron cómo la presencia o ausencia de la proteína Cas9 afectaba el crecimiento. Monitorearon las tasas de crecimiento de diferentes cepas de S. anginosus durante un período y observaron que los mutantes que carecían de Cas9 crecían más rápido que la cepa tipo salvaje.

Al examinar su crecimiento en placas de agar, los tamaños de las colonias mostraron que el mutante deficiente en cas9 producía colonias notablemente más grandes en comparación con otras cepas. Esto indicó que la ausencia de Cas9 podría conferir algunas ventajas de crecimiento.

Para explorar más a fondo los posibles costos metabólicos asociados con la expresión de Cas9, los investigadores realizaron pruebas adicionales midiendo la actividad metabólica de diferentes cepas usando un ensayo específico. La cepa con eliminación de cas9 exhibió una mayor actividad metabólica, tanto con como sin estrés en comparación con las cepas con Cas9.

#Conclusión sobre el sistema CRISPR-Cas en S. anginosus

Los hallazgos de la investigación indican que el sistema CRISPR-Cas en S. anginosus es funcional y proporciona protección contra material genético extraño. Sin embargo, la presencia de la proteína Cas9 también parece estar vinculada a ciertos costos, particularmente cuando se trata de la tolerancia al estrés y el crecimiento general.

Los resultados sugieren que, aunque tener un sistema CRISPR-Cas puede proteger contra elementos genéticos dañinos, también puede llevar a una compensación en la capacidad de la cepa bacteriana para responder al estrés y su eficiencia de crecimiento general. Esto puede explicar por qué ciertas cepas de S. anginosus no contienen sistemas CRISPR-Cas en absoluto.

Los futuros estudios podrían centrarse en comprender el complejo equilibrio entre la funcionalidad de CRISPR-Cas y sus posibles costos para bacterias como S. anginosus. Tales conocimientos podrían arrojar luz sobre cómo estos organismos sobreviven en entornos en constante cambio, y cómo equilibran los mecanismos de defensa con el crecimiento y la adaptación.