Un nuevo método dio una visión sin precedentes de cómo las bacterias manipulan a las células que infectan

* Este contenido fue producido por expertos del Instituto Weizmann de Ciencias, uno de los centros más importantes del mundo de investigación básica multidisciplinaria en el campo de las ciencias naturales y exactas, situado en la ciudad de Rejovot, Israel.

Al igual que las personas, las bacterias tienen sus preferencias en lo que se refiere a relaciones. Algunas son totalmente independientes, mientras que otras prefieren la compañía. La Salmonella y muchos otros tipos de bacterias son del tipo social: pueden vivir e incluso prosperar dentro de una célula huésped. Pero a diferencia de nosotros, estas bacterias no pasan mucho tiempo cortejando a la célula con la esperanza de que les dé la bienvenida. En lugar de eso, inyectan proteínas que toman el control de los sistemas de la célula huésped.

En los últimos años, gracias en parte a los estudios realizados por el equipo del profesor Roi Avraham en el Instituto de Ciencias Weizmann, los investigadores han identificado diferencias entre las proteínas que varias subespecies bacterianas inyectan en sus huéspedes, lo que podría explicar por qué algunas de estas subespecies son más virulentas que otras.

Por ejemplo, hay más de 2.500 subespecies de salmonela, pero solo un puñado de ellas causan enfermedades potencialmente mortales. En un artículo publicado en las Actas de la Academia Nacional de Ciencias ( PNAS), los científicos del equipo de Avraham presentaron un nuevo método de investigación que arroja nueva luz sobre la relación entre las bacterias y sus células huésped y revela qué hace que algunas bacterias sean particularmente virulentas.

En la última década, los científicos han adquirido la capacidad de examinar los procesos moleculares con una resolución sin precedentes, lo que ha revolucionado la investigación en las ciencias de la vida. Los nuevos métodos de secuenciación de material genético a nivel de células individuales han contribuido a esta revolución. Pero las herramientas existentes no pueden utilizarse para aplicar la secuenciación de ARN de células individuales para examinar todas las relaciones moleculares entre miles de subespecies bacterianas y la no menos impresionante variedad de huéspedes.

Para trazar un mapa de las diferencias en virulencia y capacidad de causar enfermedades entre las diversas subespecies de salmonela, por ejemplo, los investigadores necesitan secuenciar el ADN de las células bacterianas a nivel de células individuales, hacer lo mismo con el ADN de las células huésped específicas que fueron infectadas y cotejar los hallazgos de huésped y huésped, lo que supone una tarea abrumadora.

El nuevo método, desarrollado en el laboratorio de Avraham en el Departamento de Inmunología y Biología Regenerativa de Weizmann, logra precisamente eso gracias a dos elementos clave. El primero, un método creado por investigadores dirigidos por el Dr. Ori Heyman, consiste en tomar un grupo de especies bacterianas, cada una de las cuales tiene una mutación genética, y marcarlas con códigos de barras, secuencias de ADN que permiten a los científicos identificar cada especie más adelante en el estudio, incluso cuando está dentro de la célula huésped.

El segundo elemento, un modelo informático llamado MAESTRO, desarrollado por investigadores dirigidos por la Dra. Noa Bossel Ben-Moshe, empareja los resultados de la secuenciación de cada código de barras bacteriano con los resultados de la secuenciación de la célula huésped específica que las bacterias han infectado. Usando este modelo, los investigadores pueden analizar exactamente cómo cada especie bacteriana mutante afecta el comportamiento del huésped y qué proteínas se expresan exclusivamente en aquellas células huésped que han sido infectadas por una cierta especie de bacteria. Esto allana el camino para la “secuenciación pareada” de la “pareja” bacteria-huésped a nivel de célula única.

En su estudio, los investigadores aplicaron su nuevo método a 25 especies de salmonela mutantes que infectaban a las células del sistema inmunológico llamadas macrófagos. El método les permitió estudiar la relación entre cada especie de bacteria y su célula huésped e identificar una especie que provoca una respuesta inmunológica excepcionalmente potente en el huésped. La especie en cuestión carece de una proteína que las otras bacterias expresan e inyectan con éxito en el huésped. Los investigadores dedujeron que esta proteína es esencial para reprimir el sistema inmunológico del huésped.

“Descubrimos una nueva función de una proteína conocida y demostramos que sabotea los mecanismos de defensa del huésped”, explica Avraham. “De hecho, las bacterias inyectan muchas proteínas en sus huéspedes y aún no hemos descubierto qué funciones desempeñan la mayoría de ellas. Nuestro método, que ya utilizan investigadores de todo el mundo, permitirá seguir revelando sistemáticamente estas funciones. Además, se puede aplicar a cualquier tipo de bacteria, incluidas las bacterias beneficiosas, que son vitales para muchos de los sistemas de nuestro cuerpo”.

Además de hacer avanzar la investigación básica, el nuevo método podría ayudar a desarrollar formas de combatir la resistencia bacteriana a los antibióticos, definida por la Organización Mundial de la Salud como una de las principales amenazas a la salud humana y la seguridad alimentaria.

“Hay dos nuevas estrategias de defensa potenciales, ambas todavía en las primeras etapas de desarrollo”, dice Avraham. “Una es reducir la virulencia de las bacterias que causan enfermedades y la otra es reforzar la respuesta inmune de las células huésped. Nuestro método permite estudiar ambas: comprender simultáneamente cómo la bacteria lanza su ataque y cómo la célula huésped se defiende”.

También participaron en el estudio Dror Yehezkel, la Dra. Camilla Ciolli Mattioli, Neta Blumberger, la Dra. Gili Rosenberg, Aryeh Solomon y el Dr. Dotan Hoffman del Departamento de Inmunología y Biología Regenerativa del Instituto Weizmann.