Cómo algunos microbios intestinales despiertan virus «zombie» en sus vecinos – ScienceDaily

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Algunas bacterias intestinales tienen un superpoder aterrador: pueden revivir virus latentes que acechan dentro de otros microbios.

Este despertar viral desencadena infecciones en toda regla que destruyen las células portadoras de virus, según publicó por primera vez el laboratorio de la investigadora del Instituto Médico Howard Hughes, Emily Balskus, como preimpresión en bioRxiv y más tarde en la revista. Naturaleza 23 de febrero de 2022. Descubrieron que una molécula críptica llamada colibactina puede invocar virus asesinos mientras duermen.

Los microbios a menudo generan compuestos dañinos para atacarse unos a otros dentro de los estrechos cuartos del intestino. Pero entre estas armas químicas, la colibactina parece inusual, dice Balskus, biólogo químico de la Universidad de Harvard. «No mata directamente a los organismos objetivo, que es lo que normalmente pensamos de las toxinas bacterianas que hacen dentro de las comunidades microbianas». En cambio, la colibactina modifica las células microbianas así como así, activando virus latentes y letales ocultos en los genomas de algunas bacterias.

Los humanos han buscado durante mucho tiempo los poderosos compuestos producidos por los microbios. «Sabemos mucho sobre sus propiedades químicas, los purificamos en el laboratorio y los usamos como medicamentos, incluidos los antibióticos», dice Breck Duerkop, quien estudia virus bacterianos en la Facultad de Medicina de la Universidad de Colorado.

Pero por qué las bacterias producen estos compuestos y qué efectos tienen sobre los organismos vecinos son preguntas abiertas, dice Duerkop, que no participó en esta investigación. Califica el nuevo trabajo de los equipos de Balskus como «un paso en la dirección correcta».

materia oscura química

Los científicos saben desde hace años que la colibactina puede causar estragos en las células humanas. La investigación realizada por Balskus y muchos otros ha demostrado que el compuesto daña el ADN, lo que puede provocar cáncer colorrectal. Pero establecer una conexión entre este compuesto y la enfermedad resultó particularmente formidable.

En 2006, un equipo francés informó que las células de los mamíferos encontraron bacterias intestinales E. coli sufrieron daños fatales en su ADN. Los investigadores vincularon este daño a un grupo de E. coli genes que codifican la maquinaria para la construcción de una molécula compleja. Apodada colibactina, la molécula fue extraordinariamente difícil de estudiar. Después de muchos intentos, los investigadores simplemente no lograron aislarlo de E. coli hacer que suceda.

La colibactina es uno de los muchos compuestos efímeros que los científicos sospechan que producen microbios. Al igual que las partículas invisibles de materia oscura en el espacio, esta «materia oscura química» requiere medios creativos para estudiar. Como parte de su exploración de la química microbiana intestinal, Balskus utiliza enfoques indirectos para examinar estas esquivas moléculas.

Durante los últimos 10 años, su equipo ha investigado la colibactina mediante el estudio de la maquinaria microbiana que la produce. Ella y sus colegas reconstruyeron la estructura de la colibactina y determinaron que daña el ADN al formar conexiones incorrectas dentro de la doble hélice.

Sobre la base de este trabajo, los científicos de otros lugares han descubierto un vínculo definitivo con el cáncer: las huellas dactilares de la molécula aparecen en genes que se sabe que impulsan el crecimiento del cáncer colorrectal.

Un papel para los virus

El estudio de colibactina más reciente de Balskus comenzó con otra enfermedad: COVID-19. Como muchos otros laboratorios, el suyo tuvo que reorganizar las cosas para reducir el contacto físico entre los investigadores. Como parte de la reorganización, el posdoctorado Justin Silpe y el estudiante graduado Joel Wong terminaron trabajando juntos por primera vez. Sus conversaciones los llevaron a ellos y a Balskus a preguntarse cómo afectaba la colibactina a otros microbios en un intestino lleno de gente.

Al principio, descubrieron que la exposición de las bacterias productoras de colibactina a las que no las producían tenía poco efecto, lo que sugiere que, por sí misma, la molécula no es particularmente letal. Silpe y Wong no estaban seguros de si la colibactina, una molécula grande e inestable, podría incluso ingresar a las células bacterianas para dañar su ADN. Luego se preguntaron si un tercero, virus que infectan bacterias, podría estar involucrado. Poco más que fragmentos de información genética, estos virus pueden colarse en el ADN de las bacterias y acechar en silencio. Luego, una vez activados, provocan una infección que hace que la célula explote como una mina.

Cuando los investigadores cultivaron bacterias productoras de colibactina junto con bacterias que portan estos virus latentes, observaron que aumentaba la cantidad de partículas virales y disminuía el crecimiento de muchas bacterias que contenían virus. Esto sugirió que la molécula desencadenó una ola de infecciones activas que matan células. La colibactina en realidad ingresa a las bacterias y daña el ADN, demostró el equipo. Ese daño suena como una campana de alarma celular que despierta virus.

Muchos microbios parecían equipados para protegerse de la colibactina. El laboratorio de Balskus ha identificado un gen de resistencia que codifica una proteína que neutraliza el compuesto en una amplia variedad de bacterias.

Si bien la colibactina claramente tiene un lado peligroso, puede servir como algo más que un arma letal, dice Balskus. Por ejemplo, tanto el daño en el ADN como los virus que despiertan también pueden inducir cambios genéticos, en lugar de la muerte, en bacterias cercanas, en beneficio de los productores de colibactina.

Los hallazgos del equipo de Balskus sugieren que el cáncer podría ser un daño colateral causado por cualquier otra cosa que estén haciendo las bacterias productoras de colibactina. «Siempre sospechamos que las bacterias estaban produciendo esta toxina para atacar a otras bacterias de alguna manera», dice. «No tenía sentido desde una perspectiva evolutiva que lo hubieran adquirido para apuntar a las células humanas».

A continuación, Balskus tiene la intención de investigar cómo el compuesto altera la comunidad de microbios en el intestino, cuáles desaparecen y cuáles prosperan al exponerse al compuesto. «La clave para prevenir el cáncer puede ser comprender los efectos que tiene la colibactina en la comunidad de microbios y cómo se controla su producción», dice.

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