Cómo logran las bacterias recordar a los virus atacantes
En los ecosistemas naturales, los microbios están bajo la amenaza constante de los virus. Para sobrevivir en ese ambiente hostil, las bacterias han desarrollado a lo largo de la evolución un sistema inmunitario adaptativo llamado CRISPR-Cas. «Una faceta realmente interesante de este sistema inmunitario es que los microbios son capaces de memorizar virus particulares», explica Stan Brouns, coordinador del proyecto y profesor adjunto de Biología molecular en la Universidad Tecnológica de Delft, Países Bajos. «Para ello, secuestran y almacenan información genética de los virus». Brouns hizo este descubrimiento recientemente, al ver que una bacteria mostraba una respuesta inmunitaria pregrabada contra virus con un alto grado de mutación. «Este hecho implica que el sistema CRISPR-Cas recuerda las amenazas a largo plazo», afirma el coordinador. «Este sistema ofrecería un inmenso beneficio evolutivo».
Recuerdos de larga duración
Brouns quiso llevar este descubrimiento aún más lejos. El proyecto REMEMBER, respaldado por el Consejo Europeo de Investigación, le permitió trasladarse a la Universidad de Delft, donde pudo establecer su propio laboratorio específico y congregar a un equipo de expertos. «Quería determinar de verdad el mecanismo que sustenta este proceso de formación de la memoria pregrabada contra los virus», señala el Brouns. «Los virus mutan, así que ¿cómo pueden las bacterias mantener sus recuerdos actualizados e ir un paso por delante de ellos?». Por medio de una combinación de métodos genéticos y bioquímicos, que incluyeron obtener imágenes moleculares de última generación de células vivas de «Escherichia coli», Brouns y su equipo lograron descubrimientos sorprendentes. «La gran pregunta que nos planteamos era cómo consiguen las bacterias mantener sus recuerdos actualizados», añade Brouns. «Hallamos que las "tijeras genéticas" moleculares, similares a las descubiertas por los ganadores del Premio Nobel de Química de este año, son cruciales para defenderse de los virus». Las bacterias utilizan dichas tijeras moleculares para cortar fragmentos de ADN vírico. La destrucción de este ADN está asociada con la formación de nuevos recuerdos y, mediante esta asociación, se mantienen actualizados los bancos de recuerdos en el sistema CRISPR. «También identificamos el papel que ejerce una nueva proteína concreta, que garantiza que las tijeras moleculares funcionen y que los recuerdos obtenidos sean funcionales», explica Brouns. «Y, por primera vez, pudimos ver de primera mano cómo funcionan de verdad los sistemas CRISPR de las células». Por medio del empleo de una técnica microscópica avanzada, Brouns pudo analizar cómo exploran el ADN estas tijeras moleculares hasta dar con la secuencia actual que necesitan. «Es una tarea ingente, ya que las células están llenas de ADN», afirma el investigador. «Descubrimos que estas tijeras funcionan a gran velocidad, lo que contribuye a explicar por qué los sistemas CRISPR son tan eficientes».
Un mundo de posibilidades
Brouns cree que la información fundamental derivada de REMEMBER servirá para reformular nuestra comprensión de la compleja relación evolutiva entre bacterias y virus. «Pudimos demostrar que existe una actualización continua de los sistemas CRISPR y cómo se lleva a cabo», señala el investigador. Según Brouns, en Estados Unidos hay científicos que han demostrado cómo pueden utilizarse las memorias CRISPR para almacenar datos biológicos. Las imágenes informáticas, por ejemplo, pueden convertirse en secuencias de ADN y almacenarse en sistemas CRISPR. Brouns está construyendo un biobanco de bacteriófagos (los virus de las bacterias). A lo que añade: «Una posibilidad sería utilizarlos como alternativa a los antibióticos. Todavía queda mucha investigación por hacer antes de pensar en el uso clínico. La gran pregunta, sin embargo, es si podrán utilizarse algún día con fines terapéuticos y si podemos impedir que las bacterias se vuelvan resistentes a los virus con sus sistemas CRISPR».
Palabras clave
REMEMBER, virus, bacterias, inmunitario, antibióticos, CRISPR, molecular, biología, genética
