sábado, 16 de marzo de 2013

Un virulento giro a la derecha

No estamos hablando de política, sino de lo que le ocurre a un mutante de Escherichia coli en el que dos pequeños cambios en una de las proteínas que compactan el ADN desencadenan una serie de efectos que empiezan aumentando el giro del cromosoma hacia la derecha y cuyo resultado final es que la bacteria, normalmente una pacífica comensal dentro del intestino, adquiere algunas propiedades virulentas.
El que una bacteria normalmente inofensiva se convierta en un peligro no es algo nuevo, es lo que ocurrió sin ir más lejos al principio del verano con el brote de EHEC en Alemania, causado por una E. coli cuyo efecto más grave era un síndrome hemolítico urémico a veces mortal. En ese caso parece que la estirpe debía su virulencia a un conjunto de genes que pudo adquirir mediante lo que los microbiólogos llaman transferencia horizontal, es decir que seguramente los obtuvo todos de golpe desde otra bacteria. Entre las proteínas que codifican esos genes las hay virulentas, como la toxina del tipo Shiga, otras aumentan la fijación a la mucosa intestinal y otras hacen a la bacteria refractaria a varios antibióticos. Pero las bacterias son también capaces de adaptarse a diferentes escenarios tan sólo reprogramando la transcripción de sus genes sin necesidad de modificar su número total. Esto es precisamente lo novedoso del caso que ahora comentamos porque los investigadores de la India y de los Estados Unidos autores del trabajo han obtenido una estirpe con algunas propiedades de las estirpes virulentas a partir de una E. coli que no lo era y tan solo introduciendo un ligero cambio en una única proteína, la proteína llamada HU.
                         Morphology
Cambios en la morfología de E. coli provocados por mutación de la proteína HU. Arriba células normales, con su característica forma de bacilo. Abajo, las células que contienen la proteína mutante HUαE38K,V42L cambian su forma y pasan a ser redondas. Imagen tomada de la figura 1 del artículo de Kar, Edgar y Adhya (2005).

HU es parte de la familia de proteínas que remodelan el cromosoma bacteriano, al igual que las histonas lo hacen en las células eucariotas. La proteína HU es la más abundante en E. coli y, de entre las que remodelan el cromosoma es la que más se conserva en las bacterias. La mutación que han introducido en ella los investigadores consiste en cambiar tan solo dos de sus aminoácidos (los bloques que componen las proteínas), en concreto el glutámico en la posición 38 se ha cambiado por una lisina, y la valina de la posición 42 por una leucina.
Darle vueltas al ADN
El cromosoma bacteriano está normalmente compactado hacia la izquierda, pero los investigadores han observado que un exceso de la proteína HU mutante provoca la compactación del cromosoma hacia la derecha. El efecto sobre la bacteria es espectacular, cambia por completo su patrón de transcripción, no solo en cuanto a cuáles son los genes que van a producir proteínas, sino también la fuerza con la que lo hacen. Tras ello la bacteria se hace más eficiente en su crecimiento, especialmente a temperaturas no óptimas y se modifica hasta perder la forma normal de cilindro convirtiéndose en casi esférica.
Ese cambio en la forma ya es algo insólito, pensemos que para una bacteria no es trivial cambiar de ser un cilindro a una esfera, porque su superficie es para ella como el conjunto de la piel, los pulmones, el tubo digestivo y los riñones son para nosotros. Pero además la mutación provoca profundos cambios en el comportamiento del mutante que se traducen en su modo de vida: mientras las E. coli normales viven perfectamente en el intestino, sin infectar a las células humanas, al mutante le resulta sencillo albergarse dentro de ellas para perdurar. Estos dos efectos de la mutación se anulan cuando al mutante se le proporciona, además del mutado, un gen no alterado.
Cambio de vivienda
Los resultados obtenidos en el tubo de ensayo han puesto de manifiesto que la expresión del gen hlyE, uno de los genes de virulencia en E. coli, aumenta cuando al ADN enrollado hacia la derecha se le añade la proteína mutada. Esto no es así para la expresión dirigida desde el promotor lacP, utilizado aquí como control porque regula genes metabólicos, pues si se le añade la misma proteína se bloquea. Junto a ello los investigadores han comprobado que se modifica la interacción de la E. coli mutante con células del epitelio intestinal cultivadas en el laboratorio, las bacterias penetran en la células con una eficiencia todavía mayor que la estirpe LT2 de Salmonella enterica usada como control porque es un patógeno intracelular. Las células del epitelio intestinal engloban a las bacterias mutantes, que normalmente deberían ser eliminadas al activarse una maquinaria enzimática celular que las hace estallar. En este caso el estallido de las bacterias invasoras no ocurre, sino que rápidamente lo evitan, en parte rebajando al entrar en la célula la producción de hemolisina E desde hlyE, proliferan y se las arreglan para tampoco provocar la muerte de la célula intestinal que es un mecanismo utilizado por las células para deshacerse de los patógenos.
Asimismo las células infectadas se hacen refractarias a las señales externas que las podrían inducir a entrar en la fase de muerte celular programada, la llamada apoptosis, que muchas veces se utiliza como un mecanismo defensivo por el organismo. Lo que resulta sorprendente, pero tranquilizador, es que a pesar de todos estos cambios la bacteria mutante solo manifiesta las propiedades de virulencia en células en cultivo y no resulta virulenta en modelos animales. Y también es sorprendente la complejidad que se esconde en el interior de un organismo aparentemente tan sencillo como una bacteria, lo que no deja de producirnos admiración.
 Son los seres vivos más utilizados en Ingeniería Genética. La más utilizada es la Escherichia coli.
Se puede reprogramar esta bacteria por cualquier estudiante sin medios sofisticados en cualquier garaje , es mas se esta haciendo por su facilidad de reprogramación con el consecuente peligro pues una vez reprogramada se reproduce a si misma en 20 min con la nueva programacion , multiplicandose exponencialmente con el consiguiente peligro.