El sistema inmunológico de las bacterias II

Hace un par de meses describimos como funcionaba el sistema inmune de las bacterias por medio del sistema de agrupación de pequeñas regiones palindrómicas regularmente espaciadas, mas conocido como CRISPR (por sus siglas en inglés). En aquel artículo vimos la función de una de las proteínas cas, la cual está encargada de hacer el corte de las pequeñas secuencias de ARN derivadas del CRIPSR (ARNcr) para silenciar el ADN invasor, por ejemplo, de un fago.

El día de hoy se publicó en Nature algo más sobre este sistema. La forma básica de un sistema CRISPR esta conformado por pequeñas secuencias repetidas separadas por secuencias no repetidas llamadas espaciadores. Son estos espaciadores los responsables del reconocimiento del ADN foráneo ya que, si encuentran secuencias complementarias en el fago (proto-espaciadores), lo silenciarán  y protegerán a la bacteria de esta infección.

Si la bacteria es infectada por un fago para el cual no tiene un espaciador, la bacteria sucumbirá ante la infección y morirá. Pero, los investigadores observaron que un pequeño número de estas bacterias tiene la capacidad de “robar” pequeños fragmentos del ADN foráneo e insertarlo en su sistema CRISPR, convirtiéndolos en espaciadores y adquiriendo resistencia para futuras infecciones.

Una de las cosas interesantes que encontré en este trabajo fue que este sistema CRISPR también actúa sobre los plásmidos, regulando su número y estabilidad dentro de las bacterias. Los investigadores liderados por la Dra. Josiane Garneau de la Universidad de Laval en Québec, Canadá, usaron sepas de Streptococcus thermophilus, y observaron que el sistema CRISR/Cas actúa tanto sobre el ADN de hebra doble del plásmido como del fago. Pero, lo más sorprendente fue que habían cepas que eran parcialmente resistentes a los plásmidos y que podían acumular plásmidos de hebra simple, los cuales se perdían después de un número determinado de generaciones.

Los investigadores también encontraron dos genes cas relacionados con el sistema CRISPR. Cas5 estaba envuelto en la interferencia de los ARNcr con el ADN foráneo, mientras que cas7 estaba relacionado con la adquisición de espaciadores. Así que cuando se inactivaba el gen cas5 la bacteria restablecía su sensibilidad a los fagos y los plásmidos permanecía circulares. Cuando cas7 era inactivado, la bacteria era sensible a futuras infecciones por parte de los fagos pero sí tenía la capacidad de formar plásmidos lineares.

Los investigadores también determinaron la importancia de la orientación de los proto-espaciadores y la especificidad por las secuencias, especialmente del extremo 3’, ya que observaron que en el extremo 5’ no había complementariedad con la secuencia del espaciador, pero aún así no perdía su actividad de silenciar el ADN foráneo. Estos mecanismos ayudan a explicar también la carencia natural de plásmidos en las cepas de S. thermophilus.

Como podemos ver, el sistema CRISPR/Cas es de vital importancia para las bacterias ya que actúa como si fuera un sistema inmune, sin embargo, también vemos que puede afectar la adquisición de plásmidos, los cuales podría cargar genes de resistencia a antibióticos, los cales podrían también beneficiar al microorganismo.

Referencias:

Garneau, J., Dupuis, M., Villion, M., Romero, D., Barrangou, R., Boyaval, P., Fremaux, C., Horvath, P., Magadán, A., & Moineau, S. (2010). The CRISPR/Cas bacterial immune system cleaves bacteriophage and plasmid DNA Nature, 468 (7320), 67-71 DOI: 10.1038/nature09523

Imagen: Sontheimer EJ & Marraffini LA. Slicer for DNA. doi: 10.1038/468045a