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Algunas bacterias intestinales tienen un superpoder espeluznante: pueden reanimar virus latentes que acechan dentro de otros microbios. Este despertar viral desencadena infecciones en toda regla que destruyen las células portadoras del virus, según publicó por primera vez el laboratorio de la investigadora del Instituto Médico Howard Hughes Emily Balskus como una preimpresión en bioRxiv y luego en la revista Nature el 23 de febrero de 2022. Una molécula críptica llamada colibactina puede invocar los virus asesinos de su sueño, encontraron. Los microbios a menudo generan compuestos nocivos para atacarse unos a otros dentro de los reducidos espacios 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 que hacen las toxinas bacterianas dentro de las comunidades microbianas”. En cambio, la colibactina modifica las células microbianas, activando virus latentes y letales escondidos en los genomas de algunas bacterias. Los humanos han buscado durante mucho tiempo los compuestos potentes que producen los microbios. “Sabemos mucho sobre sus propiedades químicas, los purificamos en el laboratorio y los usamos como medicina, incluidos los antibióticos”, dice Breck Duerkop, que 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 en los organismos vecinos son preguntas abiertas, dice Duerkop, que no participó en esta investigación. Él llama al nuevo trabajo de los equipos de Balskus “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 mamíferos que se encontraron con la bacteria intestinal E. coli sufrieron daños fatales en su ADN. Los investigadores vincularon este daño a un grupo de genes de E. coli que codifican maquinaria para construir una molécula compleja. Apodada colibactina, la molécula fue extraordinariamente difícil de estudiar. Después de muchos intentos, los investigadores simplemente no pudieron aislarlo de la E. coli que lo producía. La colibactina es uno de los muchos compuestos efímeros que los científicos sospechan que producen los microbios. Como 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 del intestino, 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 fabrica. Ella y sus colegas reconstruyeron la estructura de la colibactina y determinaron que daña el ADN al formar conexiones errantes dentro de la doble hélice. A partir de este trabajo, los científicos de otros lugares descubrieron un vínculo definitivo con el cáncer: las huellas dactilares distintivas de la molécula aparecen en genes que se sabe que impulsan el crecimiento del tumor 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 de posgrado 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 exponer bacterias productoras de colibactina a no productoras tenía poco efecto, lo que sugiere que, por sí sola, 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, los virus que infectan bacterias, podría estar involucrado. Apenas más que fragmentos de información genética, estos virus pueden introducirse en el ADN de las bacterias y permanecer en silencio al acecho. Luego, una vez activados, provocan una infección que explota la célula como una mina terrestre. Cuando los investigadores cultivaron productores de colibactina junto con bacterias que portaban tales virus latentes, vieron que la cantidad de partículas virales aumentaba y el crecimiento de muchas bacterias que contenían virus disminuía. Eso sugirió que la molécula provocó un aumento en las infecciones activas que matan células. De hecho, la colibactina ingresa a las bacterias y daña el ADN, mostró el equipo. Ese daño hace sonar una campana de alerta celular que despierta a los virus. Muchos microbios parecían estar equipados para protegerse contra la colibactina. El laboratorio de Balskus identificó un gen de resistencia que codifica una proteína que neutraliza el compuesto en una amplia variedad de bacterias. Aunque 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 las bacterias vecinas, lo que podría beneficiar a los productores de colibactina. Los descubrimientos del equipo de Balskus sugieren que el cáncer puede ser un daño colateral causado por cualquier otra cosa que estén haciendo las bacterias productoras de colibactina. “Siempre sospechamos que las bacterias producían esta toxina para atacar a otras bacterias de alguna manera”, dice ella. “No tenía sentido desde una perspectiva evolutiva que lo adquirieran para apuntar a las células humanas”. A continuación, Balskus planea investigar cómo el compuesto altera la comunidad de microbios en el intestino, cuáles desaparecen y cuáles prosperan después de la exposición 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.

By Sebastian Jimenez

Si hubiera una ciencia basada en el código binario, sería su principal devoto. Dame juegos y circuitos y me harás feliz. Residiendo en Sevilla.