Un análisis masivo de datos genómicos realizado por dos equipos de investigación permitió identificar más de 44.000 sistemas antivirales predichos en bacterias y estimar cientos de miles de proteínas antivirales en en el conjunto de genomas analizados. Este volumen triplica los registros científicos previos y abre la vía a nuevas herramientas biotecnológicas, según informó la revista científica Nature.
Los estudios, publicados en Science, señalan que la mayoría de estos sistemas nunca se había relacionado antes con la inmunidad bacteriana, lo que redefine el conocimiento sobre las defensas naturales de estos microorganismos.
La creación de la base de datos abierta DefenseFinder, desarrollada por la microbióloga Aude Bernheim y su equipo en el instituto de investigación francesa Pasteur Institute de París, ofrece un repositorio de acceso libre con más de 44.000 sistemas antivirales predichos, dentro de un conjunto mucho más amplio de proteínas candidatas identificadas.
Paralelamente, el equipo liderado por el profesor Michael Laub del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) ha puesto a disposición la herramienta DefensePredictor, un programa informático que predice la presencia de genes de defensa en bacterias, tras analizar datos de 17.000 genomas bacterianos.
Según la información, el equipo de Bernheim validó experimentalmente la presencia de 12 sistemas antífagos inéditos en Escherichia coli y Streptomyces albus, dos especies de bacterias estudiadas en laboratorio, mientras que el grupo de Laub confirmó la actividad antiviral en 42 sistemas en cepas de E. coli.
Hasta ahora, se estimaba que las bacterias disponían de cerca de 250 proteínas inmunitarias, de las cuales los sistemas de edición genética CRISPR–Cas9 y las endonucleasas de restricción, proteínas que cortan el ADN de los virus invasores, eran los más utilizados por su aplicación en ingeniería genética.
No obstante, la investigación concluye que, por término medio, el 1,5% de los genes de una bacteria corresponde a proteínas asociadas a la inmunidad antiviral, porcentaje que multiplica por tres el dato aceptado hasta la fecha. Más del 85% de las familias de proteínas identificadas no se había vinculado antes a funciones inmunitarias.
Nuevos recursos para biotecnología y medicina preventiva
Para validar sus predicciones, la microbióloga recurrió a modelos de aprendizaje profundo entrenados con secuencias de proteínas y datos genómicos, una técnica de inteligencia artificial que permite identificar patrones complejos en grandes volúmenes de información biológica, mientras que el profesor empleó el algoritmo DefensePredictor sobre 69 cepas distintas de E. coli.
El análisis permitió identificar 624 proteínas implicadas en defensa, de las que más de 100 no habían sido previamente asociadas a funciones inmunitarias. Ensayos de laboratorio confirmaron la actividad antiviral en 42 de esos casos.
El microbiólogo José Antonio Escudero, del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) en Madrid, quien no participó en ninguno de los estudios, valoró que estos hallazgos representan “un tesoro para cualquier bioquímico”.
Por su parte, Michael Laub enfatizó: “Se ha subestimado masivamente el número de sistemas de defensa”. Los expertos coinciden en que buena parte de los genes bacterianos permanecen inexplorados, ya que, como expresó Escudero, “la mayoría del genoma es aún materia oscura”.
La apertura de bases de datos como DefenseFinder y el libre acceso al programa DefensePredictor permiten a otros investigadores probar experimentalmente las funciones de proteínas recién identificadas y evaluarlas como potenciales fuentes de fármacos antivirales o herramientas de precisión en biotecnología.
Según explicó el profesor Laub, su grupo analiza ya los mecanismos moleculares mediante los cuales estas proteínas reconocen y bloquean las infecciones por fagos, virus que infectan bacterias.
El alcance de esta nueva información trasciende la biología bacteriana. El microbiólogo enfatizó en un posible “nuevo salto revolucionario en biotecnología”. Por su parte, Michael Laub subrayó: “Este avance permite considerar la inmunidad en bacterias dentro del panorama evolutivo más amplio, donde algunas facetas de la inmunidad mamífera parecen conservarse desde organismos procariotas”.
Aude Bernheim considera que este descubrimiento “amplía las posibilidades de este campo, no solo para la microbiología, sino también para ofrecer una visión mucho más amplia de lo que realmente es la inmunidad en todos los ámbitos de la vida”.
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