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Revelamos el misterio de los retrones suicidas.

retrones

 

Las estructuras inusuales en las células bacterianas evitan que la infección viral se propague; esto podría proporcionar herramientas biotecnológicas novedosas.

En muchas especies de bacterias se encuentran estructuras híbridas peculiares llamadas retrones que son mitad ARN y mitad ADN monocatenario.

Desde su descubrimiento hace unos 35 años, los investigadores han aprendido a usar retrones para producir hebras simples de ADN en el laboratorio, pero nadie sabía cuál era su función en las bacterias, a pesar de mucha investigación al respecto.

En un artículo publicado en Cell, un equipo de Israel informa sobre la resolución del antiguo misterio: los retrones son “guardias” del sistema inmunológico que aseguran la supervivencia de la colonia bacteriana cuando está infectada por virus.

Además de descubrir una nueva estrategia utilizada por las bacterias para protegerse a sí mismas contra la infección viral, una que es sorprendentemente similar a la empleada por los sistemas inmunes de las plantas, la investigación reveló muchas modificaciones que pueden, en el futuro, agregar al genoma.

El estudio, realizado en el laboratorio del profesor Rotem Sorek, fue dirigido por Adi Millman, el Dr. Aude Bernheim y Avigail Stokar-Avihail en su laboratorio.

Sorek y su equipo no se propusieron resolver el misterio; buscaban nuevos elementos del sistema inmunológico bacteriano, específicamente elementos que ayuden a las bacterias a defenderse de las infecciones virales.

Su búsqueda se vio facilitada por su reciente descubrimiento de que los genes del sistema inmunológico de las bacterias tienden a agruparse en el genoma dentro de las llamadas islas de defensa.

Cuando descubrieron la firma única de retron dentro de una isla de defensa bacteriana, el equipo decidió investigar más a fondo.

Su investigación inicial mostró que este retrón definitivamente estaba involucrado en la protección de bacterias contra los virus conocidos como fagos que se especializan en infectar bacterias.

A medida que los investigadores observaron más de cerca los retrones adicionales ubicados cerca de genes de defensa conocidos, encontraron que los retrones siempre estaban conectados, física y funcionalmente, a otro gen.

Cuando se mutó el gen acompañante o el retrón, las bacterias tuvieron menos éxito en la lucha contra la infección por fagos.

Luego, los investigadores se propusieron buscar más complejos de este tipo en las islas de defensa. Finalmente, identificaron unos 5.000 retrones, muchos de ellos nuevos, en diferentes islas de defensa de numerosas especies bacterianas.

Para comprobar si estos retrones funcionan, en general, como mecanismos inmunitarios, los investigadores trasplantaron muchos retrones, uno por uno, en células bacterianas de laboratorio que carecían de retrones. Como sospechaban, en un gran número de estas células encontraron retrones que protegían a las bacterias de la infección por fagos.

¿Cómo hacen esto los retrones?

Concentrándose en un tipo particular de retrón y rastreando sus acciones frente a la infección por fagos, el equipo de investigación descubrió que su función es hacer que la célula infectada se suicide.

El suicidio celular, que alguna vez se pensó que pertenecía únicamente a organismos multicelulares, es un medio de último recurso para abortar una infección generalizada, si el mecanismo suicida funciona lo suficientemente rápido como para matar la célula antes de que el virus termine de hacer copias de sí mismo y extenderse a otras células.

Investigaciones posteriores mostraron que los retrones no detectan la invasión de fagos en sí, sino que vigilan otra parte del sistema inmunológico conocida como RecBCD, que es una de las primeras líneas de defensa de la bacteria.

Si se da cuenta de que el fago ha manipulado el RecBCD de la célula, el retrón activa su programa a través de los segundos genes vinculados para matar la célula infectada y proteger al resto de la colonia.

“Es una estrategia inteligente y descubrimos que funciona de manera similar a un mecanismo de protección empleado en las células vegetales”, dice Sorek.

“Al igual que los virus que infectan a las plantas, los fagos vienen equipados con una variedad de inhibidores para bloquear diversas partes de la respuesta inmune celular.

El retrón, como un mecanismo de protección que se sabe que existe en las plantas, no necesita ser capaz de identificar todos los inhibidores posibles, solo para controlar el funcionamiento de un complejo inmune en particular. Las células vegetales infectadas aplican este método de “suicidio local”, matando una pequeña región de una hoja o raíz, en un esfuerzo por salvar la planta.

Dado que la mayoría de las bacterias viven en colonias, esta misma estrategia puede promover la supervivencia del grupo, incluso a expensas de los miembros individuales “.

Los retrones son tan útiles para la biotecnología porque comienzan con una pieza de ARN, que es la plantilla para la síntesis de la cadena de ADN. Esta plantilla en la secuencia de retroceso puede intercambiarse por cualquier secuencia de ADN deseada y usarse, a veces junto con otra herramienta tomada del kit de herramientas inmunológicas bacterianas, CRISPR, para manipular genes de varias maneras.

Sorek y su equipo creen que, dentro de la diversa lista de retrones que identificaron, pueden estar escondidos más de unos pocos que podrían proporcionar mejores plantillas para necesidades específicas de edición de genes.

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