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Revelan por qué una cepa bacteriana es una amenaza en muchos países pero no en Brasil

Publicado em 30 janeiro 2020

A los efectos de entender la diferencia entre este microorganismo y las cepas que no provocan la enfermedad, los investigadores realizaron un estudio que salió publicado en 2017 en la revista PLOS ONE, en el cual compararon el genoma de una cepa aislada en un paciente australiano diagnosticado con SHU, denominada EH41, y el de una cepa brasileña aislada en excrementos bovinos, la Ec472/01.

Los resultados indicaron que en la EH41 se expresan 15 genes, entre ellos el regulador de virulencia dicA, que no se encuentran activos en la cepa brasileña. “Con este estudio logramos dilucidar la diferencia genética y genómica entre la cepa australiana y la brasileña”, dijo Moreira Filho.

Para analizar la respuesta de las células de la capa superficial del intestino delgado a ambas cepas, los investigadores efectuaron entonces un experimento con células humanas del linaje Caco-2 cultivadas en laboratorio. “Ese linaje de células mimetiza muy bien la capa de células epiteliales [enterocitos] del intestino delgado, a la cual las bacterias STEC se adhieren para crear colonias”, explicó Moreira Filho.

Las bacterias EH41 y la Ec472/01 quedaron dispuestas sobre esas células durante tres horas. Mediante un abordaje de biología de sistemas, se analizaron las alteraciones en los patrones globales de expresión génica de los cultivos en el transcurso de las tres horas, a intervalos secuenciales de 7,5 minutos. En tanto, mediante microscopía electrónica de barrido, se evaluaron las alteraciones morfológicas en las células Caco-2 a intervalos de una, dos y tres horas.

Los resultados de los análisis indicaron que la cepa asociada a la SHU expresa un conjunto de genes de virulencia que induce una respuesta distinta de los enterocitos humanos, y esto puede estar relacionado con su mayor patogenicidad. La activación de estos genes hace que la cepa causante de SHU les impida a los enterocitos expresar determinadas reacciones de defensa, y así permite que el patógeno permanezca durante más tiempo en el intestino. De este modo, produce lentamente la toxina Shiga, que ingresa en el torrente sanguíneo y llega a los riñones. Los enterocitos, que también son células de inmunidad natural, fallan en su misión de detener a la bacteria y permiten que esta persista en el tejido y libere la toxina Shiga”, dijo Moreira Filho.

Para analizar la expresión y también la interacción de los genes de los enterocitos en el transcurso del tiempo inducida por la exposición a las cepas de las bacterias, se aplicó una metodología de visualización en 3D de redes de coexpresión génica, mediante el empleo de un software desarrollado por investigadores del Instituto de Física de São Carlos (IFSC) de la USP. También se aplicaron modelos matemáticos desarrollados por el grupo del profesor Roberto Marcondes César Junior, del Instituto de Matemática y Estadística (IME) de la USP, en el marco de un proyecto que contó con el apoyo de la Fundación de Apoyo a la Investigación Científica del Estado de São Paulo - FAPESP.

Estos modelos matemáticos permiten detectar variaciones en la topología de una red, alteraciones en el nivel jerárquico que los genes ejercen en una red en términos de influencia sobre la expresión de los restantes. “Los algoritmos se enfocan en los genes en funcionamiento y montan redes. Esto permite detectar agrupamientos o módulos que explican por qué determinados genes están conectados en una situación y no en otras. Y hace posible incluso simular qué generaría la inactivación de un determinado gen en una red”, dijo César Junior.

Los análisis mostraron que la bacteria asociada a la SHU causa una variación abrupta de la topología de las redes de coexpresión génica de las células Caco-2 en el transcurso de las tres horas de interacción.

“La bacteria causa una pérdida de conectividad entre los genes de las células, que quedan así con menos conexiones”, dijo Moreira Filho.

En tanto, el análisis de los grupos de genes mostró que la bacteria causante de la enfermedad induce la inflamación y la muerte de la célula Caco-2 desde la primera hora de exposición, mientras que la cepa brasileña provocó menos alteraciones genéticas, fundamentalmente en la estructura de las células (el citoesqueleto) y una respuesta inmune moderada.

A su vez, la microscopía electrónica reveló que EH41, en comparación con Ec472/01, causa en las células Caco-2 una destrucción mucho más intensa de las microvellosidades, que son estructuras típicas de enterocitos sanos. “Estas constataciones ayudan a entender los mecanismos de inducción de la respuesta inmune que pueden derivar en condiciones graves como el SHU”, dijo Moreira Filho.

A juicio del investigador, este estudio indica la necesidad de realizar nuevos estudios sobre la influencia de los factores ambientales en la virulencia de las STEC, incluso acerca de su paso por el tracto digestivo de vacunos y humanos. “Debemos entender si el paso de esta bacteria por el sistema digestivo del ganado brasileño, que tiene una alimentación distinta, altera la expresión y desconecta esos genes de virulencia, por ejemplo”, afirmó.

(Fuente: AGENCIA FAPESP)