Cuando pensamos en bacterias, nos vienen a la mente imágenes de infecciones desagradables como neumonía, meningitis o intoxicación alimentaria, pero las bacterias pueden infectarse por virus, también llamados bacteriófagos. Curiosamente, al igual que no todas las bacterias son dañinas para los humanos,no todos los virus son dañinos para las bacterias y algunos incluso pueden beneficiarlos. ¿Pueden las bacterias distinguir los virus buenos y los malos? Un equipo interdisciplinario de científicos del Instituto de Ciencia y Tecnología de Austria IST Austria estudió cómo se desarrollan las infecciones con virus potencialmente beneficiososbacterias que portan un cierto tipo de mecanismo inmunitario antivírico llamado restricción-modificación RM. Muestran que las interacciones a nivel poblacional entre virus y bacterias hacen que la infección proceda de una manera que compense la desventaja inherente de las células individuales y permita inmunidadbacterias para adquirir muchos más virus beneficiosos a largo plazo. Este es el hallazgo de un estudio publicado en Ecología y evolución de la naturaleza . El estudio fue realizado por Maros Pleska, un estudiante de doctorado y Moritz Lang, un postdoctorado en el grupo de C? Lin Guet en IST Austria, así como los colaboradores Dominik Refardt en la Universidad de Ciencias Aplicadas de Zurich y Bruce Levin en la Universidad Emory.
Algunas infecciones pueden traer nuevos genes a las bacterias
Muchos virus simplemente se replican dentro de las bacterias y tales infecciones, que generalmente resultan en la muerte de la bacteria infectada, se llaman líticas. Sin embargo, algunos virus, llamados virus templados, pueden adoptar un enfoque más suave: durante las infecciones lisogénicas, la información genética deun virus templado se integra en la información genética de la bacteria infectada y, por lo tanto, mejora el repertorio de genes bacterianos.Los ejemplos de genes que se propagan entre las bacterias por virus templados incluyen toxinas peligrosas, como la toxina shiga, la toxina del cólera o la toxina botulínica., hay una trampa para la bacteria ya que los virus templados pueden matar o integrarse en sus anfitriones, y la decisión sobre la forma en que procederá la infección se toma de una manera aparentemente aleatoria.
Es bien sabido que muchas bacterias se protegen de las infecciones líticas letales al llevar mecanismos de inmunidad, como los sistemas de modificación de restricción RM que cortan el ADN viral. Lo que no se sabe es cómo estos sistemas inmunes primitivos afectan la capacidad de las bacteriaspara adquirir virus potencialmente beneficiosos en el proceso de la lisogenia. ¿Pueden los sistemas de RM distinguir entre infecciones líticas y lisogénicas, o actúan de manera más general y, al proteger a las bacterias de la muerte, también evitan que adquieran virus beneficiosos? Pleska, Lang y sus colegasExperimentos y teoría combinados para investigar esta cuestión.
Individual vs población - un hallazgo contraintuitivo
Como primer paso, los investigadores observaron qué sucede con las bacterias individuales que portan sistemas de RM cuando se infectan con virus templados. Descubrieron que el sistema de RM siempre buscaba prevenir la infección, independientemente de si la infección se dirigía hacia la lisis o la lisogenia.Esto, la conclusión sería que, como un costo inadvertido de prevenir la lisis de las bacterias, el sistema de RM también es una barrera para la adquisición de genes virales.
Sin embargo, un resultado muy diferente surgió cuando los investigadores investigaron lo que sucede a nivel de la población bacteriana. Simplemente hablando, mezclaron una gran cantidad de bacterias con una gran cantidad de bacteriófagos, y observaron cuántas bacterias adquirieron genes virales ena largo plazo. Según el resultado anterior, los científicos esperaban que los virus se integraran con mucha menos frecuencia en bacterias con sistemas de RM, en comparación con las bacterias sin este mecanismo de inmunidad. Sin embargo, sucedió lo contrario: se habían integrado más virus en bacterias quese esperaba que fueran inmunes
Los sistemas de modificación de restricción ofrecen un respiro temporal
¿Cuál es la explicación de este resultado contraintuitivo? Los investigadores descubrieron que en lugar de prevenir infecciones por completo, los sistemas de RM simplemente posponen la infección, dando tiempo a la población bacteriana para que crezca hasta que los virus rompan la barrera y la infección golpee por completo. Mientras que la lisis es másfrecuente en poblaciones bacterianas pequeñas y muchas bacterias mueren si la población se infecta desde el principio, la lisogenia se vuelve más frecuente en grandes poblaciones bacterianas, lo que hace que las bacterias que se infectan más tarde tengan más probabilidades de adquirir el virus en lugar de ser asesinados por él.un respiro temporal, que protege a las poblaciones bacterianas solo de la fase más peligrosa de la infección, sin limitar los beneficios potenciales.
La importancia de las interacciones a nivel de población
¿Es un nuevo mecanismo molecular desconocido responsable de este cambio en el comportamiento? No, dice el primer autor Maros Pleska: "El hallazgo más intrigante es que en realidad no tuvimos que encontrar ningún mecanismo nuevo. Lo que observamos es muy simpleconsecuencia de la dinámica poblacional de las interacciones entre bacterias y virus ". Este resultado es un rechazo para aquellos que buscan predecir el comportamiento a largo plazo de las poblaciones a partir de la biología de los componentes moleculares individuales, explica Pleska:" La biología básica de todos los elementos ennuestro sistema era conocido como los sistemas RM y los virus que observamos son algunos de los sistemas moleculares mejor entendidos que conocemos. Sin embargo, este estudio ilustra cuán desesperados somos cuando se trata de usar este conocimiento a nivel molecular para predecir la dinámica que ocurre después dejuntamos piezas individuales. De hecho, nuestras observaciones fueron completamente opuestas a lo que cualquiera esperaría. Por lo tanto, las interacciones ecológicas y evolutivas incluso entre los bi más simplesLos elementos ológicos pueden ser muy complejos y necesitamos nuevas formas de verlos, si alguna vez queremos entender su papel en la naturaleza ".
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Materiales proporcionado por Instituto de Ciencia y Tecnología de Austria . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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