Como la mayoría de los organismos, las bacterias son presa de los virus, y su enfoque para destruir a los invasores es simplemente cortarlos en pedazos. Tan pronto como ve un virus, una bacteria puede emplear una serie de estrategias inmunitarias para cortar su genoma utilizando cortadores moleculares como CRISPR-Cas, también homónimo de una popular herramienta de laboratorio.

Ahora, un nuevo estudio muestra que las estrategias de defensa de las bacterias no funcionan de forma aislada. Investigadores de la Universidad Rockefeller descubrieron que se produce un sorprendente nivel de cooperación entre el sistema CRISPR-Cas y otra estrategia de defensa destacada de las bacterias, conocida como enzimas de restricción. "Muchos científicos han utilizado uno o ambos de estos sistemas para su investigación, pero no sabíamos hasta qué punto están conectados en las bacterias", dice Luciano Marraffini, profesor de la familia Kayden en Rockefeller e investigador del Instituto Médico Howard Hughes. .

Los hallazgos, publicados en Molecular Cell , muestran que si bien las enzimas de restricción actúan como la primera línea de defensa, también preparan el material que CRISPR-Cas necesitará para atacar el virus con precisión. "El mecanismo recuerda a nuestra propia respuesta inmunitaria múltiple", dice Marraffini. "Incluye una primera línea de defensa temporal antes de activar una segunda respuesta adaptativa más robusta".

Protección en varios pasos

Las enzimas de restricción son capaces de escindir secuencias cortas de ADN, por lo que la bacteria las utiliza tan pronto como el virus invade la célula bacteriana. CRISPR-Cas, un sistema más sofisticado, llega más tarde. Mientras que la enzima de restricción corta el ADN viral con la tosquedad de una cortadora de césped, CRISPR-Cas es como una cizalla afilada utilizada por un jardinero meticuloso. Corta al intruso viral con una precisión inmaculada al alinearlo cuidadosamente con una guía molecular que apunta a una secuencia genética específica.

Ambos tipos de defensas bacterianas son comúnmente utilizados por biólogos cuyas tareas cotidianas implican manipular el ADN para varios propósitos, como secuenciar genes, hacer que las moléculas sean fluorescentes o crear animales con genomas modificados. En la década de 1970, los científicos utilizaron enzimas de restricción para desarrollar una herramienta novedosa llamada ADN recombinante, que hizo posible la clonación y el estudio de genes únicos. Y hace una década, la tecnología basada en CRISPR-Cas revolucionó la biociencia al brindar a los científicos los medios para editar genomas dentro de células y organismos vivos.

Al trabajar con Staphylococcus aureus, Pascal Maguin, un becario graduado en el laboratorio de Marraffini, descubrió que las estrategias de corte de virus de esta bacteria funcionan mejor juntas que solas. Cuando los estafilococos están protegidos solo por enzimas de restricción, sus defensas duran poco porque algunos de los virus eventualmente comenzarán a proteger su ADN y, después de un tiempo, según muestra su estudio, las bacterias que crecen en el plato comenzarán a disminuir. Sin embargo, si Staph tiene acceso a ambos sistemas, se recuperan rápidamente.

Maguin y sus colegas descubrieron cómo funcionan los dos sistemas en conjunto:los segmentos previamente cortados por enzimas de restricción ayudan a la maquinaria CRISPR-Cas a generar la guía molecular necesaria para encontrar los virus y poner fin a la infección.

"Es un poco como la vacunación", dice Marraffini. "La enzima de restricción corta pequeños fragmentos del virus que luego CRISPR usará para montar una respuesta adaptativa".

Los hallazgos podrían no solo ayudarnos a comprender cómo Staph se defiende de los virus; existe la posibilidad de que también puedan equiparnos mejor para defendernos del estafilococo, una especie notoria por su capacidad de volverse resistente a los antibióticos. El año pasado, el equipo de Marraffini descubrió que la bacteria utiliza su sistema CRISPR-Cas no solo para defenderse de los virus, sino también para desarrollar resistencia a múltiples fármacos. Una mejor comprensión del sistema podría algún día permitir a los científicos manipularlo con medicamentos para combatir las infecciones por estafilococos que no responden a otros tratamientos.