Las bacterias que viven en el intestino son la primera línea de defensa contra distintas enfermedades de origen alimentario, entre ellas la salmonelosis, causada por bacterias del género Salmonella. Para pasar por esa barrera y eliminarla, la Salmonella utiliza estrategias de competición bacteriana desarrolladas a lo largo de millones de años.
En un estudio reciente publicado en la revista eLife, un grupo del Instituto de Ciencias Biomédicas de la Universidad de São Paulo (ICB-USP) reveló uno de los mecanismos de ataque de Salmonella a las bacterias de la microbiota intestinal, identificando tanto las toxinas utilizadas por el patógeno contra los oponentes como su modo de acción para neutralizarlos (evitando ser dañado por sus propias toxinas).
“Incluso antes de que las células del sistema inmunitario actúen, la Salmonella tiene que superar la barrera impuesta por los miembros de la microbiota, fenómeno conocido como resistencia a la colonización. El patógeno tiene que matar a los residentes para hacer espacio, o acaba perdiendo número y no pudiendo establecer la infección”, resume Ethel Bayer Santos, coordinadora del laboratorio responsable por el estudio, en el Departamento de Microbiología del ICB-USP.
Para atacar a la célula blanco (bacteria de la microbiota), Salmonella utiliza pequeñas estructuras (complejos proteicos) en forma de lanza contráctil, que perforan la célula vecina e inyectan diferentes toxinas, cuyo objetivo suele ser matar de diferentes formas: atacando la membrana o la pared celular, los ácidos nucleicos o algún componente del metabolismo.
En el artículo, los investigadores identificaron un grupo de toxinas que atacan el ADN de la célula blanco. “Y lo que es diferente en este grupo es que el mecanismo actúa sobre una estructura de ADN específica. Para que sea degradado por estas toxinas en el momento del ataque, el material genético de la célula blanco debe estar necesariamente abierto en forma de Y, como ocurre en el momento de su replicación. Es una actividad nunca antes descrita para toxinas utilizadas en conflictos biológicos. Cuando sucede, las toxinas provocan averías irreparables”, explica la investigadora.
Se identificaron y caracterizaron cuatro toxinas, denominadas TseVs. Según los autores, el descubrimiento abre el camino para el desarrollo de probióticos que aumenten la protección que aporta la microbiota intestinal frente a los ataques de Salmonella y otros patógenos entéricos.
“Cuando la bacteria produce una toxina, necesariamente tiene que producir una antitoxina o proteína de inmunidad para protegerse [la molécula se une a la toxina y la neutraliza]. Pero algunas bacterias solo producen antitoxinas y, conociendo este repertorio de antitoxinas, podemos pensar, por ejemplo, en diseñar probióticos utilizando estas especies que solo producen 'los antídotos'. Quizás sería interesante ofrecerlo en forma de probiótico para intentar que la persona esté más protegida frente a la salmonelosis”, explica Bayer Santos.
Las infecciones por Salmonella se producen principalmente por la ingestión de alimentos contaminados: carnes y huevos crudos o poco cocidos, así como frutas y verduras que no se limpian adecuadamente. Los síntomas incluyen fiebre, diarrea, dolor abdominal, náuseas, vómitos y deshidratación.
“Las cepas de Salmonella en Brasil tienden a no ser fatales. Sin embargo, en África algunas han evolucionado y se han vuelto invasivas, causando infecciones sistémicas y septicemia. La tasa de mortalidad es bastante alta, principalmente debido a enfermedades concomitantes como el SIDA. Aquí no tenemos ese problema, pero en otros lugares del mundo sí”.
Metodología
Los investigadores clonaron e indujeron la expresión de proteínas (toxinas) en cepas de Escherichia coli, una bacteria similar a la Salmonella que forma parte de la microbiota intestinal. “El objetivo era ver cómo el ADN de E. coli se veía afectado por las proteínas, si eran tóxicos para la bacteria y, de ser así, averiguar por qué”, resume Julia Takuno Hespanhol, una de las autoras del artículo.
“Otra prueba que ayudó a determinar en qué conformación debe estar el ADN para ser atacado por la toxina fue la síntesis de pequeños fragmentos de ADN en forma de Y y mezclar estos fragmentos con la toxina para ver si se degradaban. Hicimos el experimento con ADN en diferentes formatos: monocatenario, bicatenario y con variaciones del formato Y. Vimos que la proteína degradaba el ADN en Y con los dos extremos superiores en monocatenario”, dice Hespanhol.
Los análisis con bioinformática y la mayoría de los experimentos, pruebas bioquímicas y microscopías fueron realizados por el mismo grupo y colaboradores del ICB-USP y del Instituto de Química de la USP. El equipo también trabajó con un grupo de biología estructural de la Universidad de Birmingham (Reino Unido) que, mediante cristalografía, determinó la estructura del complejo formado por la toxina y la antitoxina. “Con la determinación de la estructura tuvimos otra perspectiva del mecanismo de la inmunidad, mostrando cómo la antitoxina evita que la toxina se una al ADN”, dice Hespanhol.
La investigación fue apoyada por la FAPESP a través de diez proyectos (17/02178-2, 21/03400-6, 18/25316-4, 17/17303-7, 16/09047-8, 19/22715-8, 19/12234- 2, 18/04553-8 y 21/15170-5).
Contribuyeron los investigadores Gianlucca Gonçalves Nicastro, Shaker Chuck Farah, Gustavo Chagas-Santos, Robson Francisco de Souza, Daniel Enrique Sánchez Limache, Edgar Enrique Llontop y Rodrigo da Silva Galhardo.
El artículo “Los efectores ibacterianos T6SS con un dominio VRR-Nuc son nucleasas de estructura específica” está disponible en: https://elifesciences.org/articles/82437.
| Agencia FAPESP ( Brasil ) |
| Karina Ninni. Traducción Programa INFOCIENCIA |