Las células bacterianas deben modular rápidamente la expresión de sus genes para hacer frente a cambios abruptos en el entorno externo. Sin embargo, el grado en que ciertos genes pueden alterar su expresión en respuesta a cambios ambientales, en lugar de mantener niveles de expresión estables, ha desconcertado a los científicos durante mucho tiempo. Comprender cómo las bacterias regulan estos procesos transcripcionales dispares y las características genéticas que subyacen a ellos sigue siendo un desafío.

En colaboración con investigadores de la UNC-Chapel Hill, Harvard y la Universidad de Fudan, el investigador principal Qingyun Liu, Ph.D., se propuso desentrañar los complejos factores que gobiernan la respuesta transcripcional en Mycobacterium tuberculosis (Mtb), el patógeno bacteriano responsable de tuberculosis, que sigue siendo la principal causa de muerte por un solo agente infeccioso, con más de 10,6 millones de nuevos casos y 1,6 millones de muertes cada año.

Su estudio, titulado "La plasticidad transcripcional codificada genéticamente subyace a la adaptación al estrés en Mycobacterium tuberculosis", se publicó en la revista Nature Communications. .

Los investigadores analizaron un conjunto de datos completo que comprende 894 muestras de RNA-Seq derivadas de 73 condiciones distintas, que fueron generadas en estudios anteriores y seleccionadas por los investigadores para fines de metanálisis.

Los investigadores interrogaron la plasticidad transcripcional (TP) de cada gen de Mtb, que sirve como indicador de la variabilidad de la expresión genética en respuesta a los cambios ambientales. Su análisis reveló una variación significativa de TP entre los genes de Mtb, correlacionándose con la función y la esencialidad de los genes. Además, descubrieron que características genéticas críticas, como la longitud del gen, el contenido de GC y el tamaño del operón, imponen de forma independiente limitaciones a la TP, que se extienden más allá de la transregulación.

Por ejemplo, los genes con longitudes más cortas generalmente exhibieron un TP más alto en comparación con aquellos con longitudes más largas. Además, los genes con los perfiles de TP más bajos se concentraron en un grupo con un contenido de GC que se alineaba estrechamente con el nivel promedio de todo el genoma (65%).

Liu dijo:"Estas características, que anteriormente no estaban relacionadas con la regulación transcripcional en las micobacterias, ahora se reconocen como factores que Mtb ha evolucionado para dar forma al TP de sus genes".

Aprovechando las características genéticas identificadas que contribuyen a la TP, los investigadores pudieron predecir parcialmente los niveles de TP de los genes de Mtb utilizando un modelo de aprendizaje automático. Sin embargo, Liu señaló que si bien este modelo es prometedor, aún no es perfecto para predecir los niveles de TP. Esto sugiere que aún puede haber factores no identificados que influyen en el TP y que justifican una mayor investigación.

Al ampliar su análisis para incluir otras dos especies de micobacterias, a saber, M. smegmatis y M. abscessus, los investigadores demostraron una sorprendente conservación del paisaje de TP en diferentes especies de micobacterias, lo que implica una importancia evolutiva de TP como estrategia adaptativa conservada entre las micobacterias.

Los investigadores enfatizaron que TP ahora puede servir como un complemento útil a la esencialidad y vulnerabilidad de los genes para comprender los procesos fisiológicos bacterianos. Esta información puede ayudar a priorizar genes candidatos que puedan usarse con fines farmacológicos o disección mecanicista.

Además, los investigadores demostraron que TP puede funcionar como factor de referencia para futuros estudios transcripcionales, ayudando en la identificación de genes expresados ​​diferencialmente. Esto subraya las implicaciones más amplias de TP en el avance de nuestra comprensión de los mecanismos de adaptación y regulación de genes bacterianos.