Un equipo de investigación de la Estación Experimental del Zaidín de Granada (CSIC) ha participado en la creación del primer buscador web en abierto que recopila todos los sistemas de defensa bacterianos conocidos. Esta base de datos, llamada PADLOC, sirve como herramienta de consulta para que los científicos puedan identificar y clasificar los mecanismos biológicos de protección que emplean bacterias y arqueas. De este modo, pueden analizar, simular y predecir cuestiones como su capacidad de resistir los efectos de los antibióticos. 

Grupo de investigación de la Estación Experimental del Zaidín (CSIC-Granada)

Para emplearlo, tan solo hay que introducir la secuencia del ADN del microorganismo que se quiere analizar y el programa identifica qué sistema de defensa posee. De este modo, los investigadores pueden simular, analizar y predecir, por ejemplo, cómo se defiende una  especie de bacteria en un entorno de altas temperaturas, si se adapta o no al cambio y cómo esto afectaría tanto al entorno como a otros seres vivos. “Conocer los mecanismos de defensa de las bacterias es fundamental porque nos da la oportunidad de intervenir, controlar o predecir la evolución de las cepas que resulten perjudiciales para otros seres vivos. Con este conocimiento, podemos desarrollar estrategias para combatir infecciones bacterianas o reducir el deterioro de materiales”, explica a la Fundación Descubre el investigador de la Estación Experimental del Zaidín (CSIC-Granada), Nicolás Toro.

Tal y como detallan en su estudio ‘PADLOC: a web server for the identification of antiviral defence systems in microbial genomes’ publicado en Nucleic Acids Research, los investigadores aportan las secuencias de ADN de las bacterias Campylobacteria, principal causa de patologías diarreicas de transmisión alimentaria, y Spriochaetota, que produce la enfermedad de Lyme. “Éstas poseen sistemas de defensa que emplean mecanismos biológicos complejos y poco comunes, por lo que suponen un añadido valioso a la herramienta PADLOC y permitirá a otros investigadores identificar estos patógenos y desarrollar estrategias para combatirlos”, añade Nicolás Toro.

‘Leer’ el genoma

Entre los sistemas de defensa más comunes, se encuentra el sistema inmunitario CRISPR-Cas, descubierto hace una década y presente en aproximadamente la mitad de las especies bacterianas conocidas. Este método de protección actúa a modo de ‘sistema inmune’ y hace que los fagos -virus que afectan a las bacterias- los reconozcan por su genoma y no los infecten, como una ‘vacuna’. 

Otro sistema sería el que emplean habitualmente muchas especies de bacterias aisladas, que ‘inactivan’ un receptor biológico de la membrana que las recubre para impedir que los virus la penetren.

Las bacterias y arqueas son microorganismos que evolucionan para adaptarse a los nuevos retos del medio, como el cambio climático /Pixabay

Para introducir la información a la base de datos PADLOC, los investigadores españoles secuenciaron, es decir, ‘leyeron’ el genoma de las bacterias Campylobacteria y Spriochaetota. Para ello, obtuvieron su ADN y ARN respectivamente de las células de ambos microorganismos. Una vez obtenidas las muestras y aislado su material genético, lo secuenciaron y ensamblaron como si fueran las líneas de un libro. Por último, identificaron cada gen y determinaron qué funciones ejercían. De este modo, concluyeron cuál estaba implicado en ‘activar’ el sistema inmune de las bacterias.

Una vez obtenida esta información, la introdujeron en la base de datos de PADLOC, cuya web funciona como un buscador en el que el científico introduce la secuencia genética de una bacteria y la herramienta busca coincidencias en su base de datos hasta que ofrece como ‘respuesta’ un sistema defensivo característico de otros genomas similares.

Adaptación

Las bacterias y arqueas -tanto beneficiosas como las nocivas- son microorganismos que evolucionan para adaptarse a los nuevos retos del medio en el que se encuentran como, por ejemplo, las alteraciones de las temperaturas producidas por el cambio climático o los antibióticos. En el caso de las bacterias, al volverse más resistentes, disminuyen los efectos de este tipo de fármacos.

El buscador web PADLOC recopila todos los sistemas de defensa bacterianos conocidos.

El siguiente paso de los investigadores será analizar el genoma de otras especies de bacterias para descubrir sus mecanismos biológicos de adaptación y cómo se defienden ante agentes patógenos. Con esta información, podrán actualizar la web y colaborar con las investigaciones de otros grupos científicos internacionales .

Este trabajo ha sido financiado por el fondo Marsden de la Real Sociedad de Nueva Zelanda Te Apārangi (RSNZ), el fondo Bequest de la Escuela de Ciencias Biomédicas de la Universidad de Otago (Nueva Zelanda) y Bioprotection Aotearoa (Tertiary Education Commission, Nueva Zelanda). El grupo español está financiado por el fondo PID2020-113207GB-I00 del MCIN/ AEI /10.13039/501100011033 y el fondo P20_00047 J.A.-Proyectos de generación de conocimiento 2020.

Referencias

Leighton J Payne, Sean Meaden, Mario R Mestre, Chris Palmer, Nicolás Toro, Peter C Fineran, Simon A Jackson, PADLOC: a web server for the identification of antiviral defence systems in microbial genomes, Nucleic Acids Research, Volume 50, Issue W1, 5 July 2022, Pages W541–W550, https://doi.org/10.1093/nar/gkac400

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