Los fagos pueden detectar el daño del ADN bacteriano, lo que los impulsa a replicarse y abandonar el barco. Células de diseño/iStock a través de Getty Images Plus
Después de más de dos años de la pandemia de COVID-19, puede imaginarse un virus como una desagradable bola con púas: un asesino sin sentido que ingresa a una célula y secuestra su maquinaria para crear miles de millones de copias de sí mismo antes de estallar. Para muchos virus, incluido el coronavirus que causa el COVID-19, el epíteto de "asesino sin sentido" es esencialmente cierto.
Pero hay más en la biología de los virus de lo que parece.
Tome el VIH, el virus que causa SIDA. el VIH es un retrovirus que no va directamente a una ola de asesinatos cuando entra en una celda. En su lugar, se integra en sus cromosomas y se enfría, esperando el momento adecuado para ordenarle a la célula que haga copias de él y estallar para infectar otras células inmunitarias y eventualmente causar el SIDA.
Exactamente qué momento está esperando el VIH sigue siendo una área de estudio activo. Pero la investigación sobre otros virus ha insinuado durante mucho tiempo que estos patógenos pueden ser bastante "reflexivos" a la hora de matar. Por supuesto, los virus no pueden pensar como tú y yo. Pero resulta que la evolución los ha dotado de algunos mecanismos de toma de decisiones bastante elaborados. Algunos virus, por ejemplo, optarán por abandonar la célula en la que residían si detectan daños en el ADN. Parece que ni siquiera a los virus les gusta quedarse en un barco que se hunde.
My laboratorio ha estado estudiando la biología molecular de bacteriófagos, o fagos para abreviar, los virus que infectan bacterias, durante más de dos décadas. Recientemente, mis colegas y yo han demostrado que los fagos pueden escuchar señales celulares clave para ayudarlos en su toma de decisiones. Peor aún, pueden usar los propios "oídos" de la célula para escuchar por ellos.
Escapar del daño del ADN
Si el enemigo de tu enemigo es tu amigo, los fagos son ciertamente tus amigos. fagos controlar las poblaciones bacterianas en la naturaleza, y los médicos los utilizan cada vez más para tratar infecciones bacterianas que no responden a los antibióticos.
El fago mejor estudiado, lambda, funciona un poco como el VIH. Al ingresar a la célula bacteriana, lambda decide si replicar y matar la célula directamente, como lo hacen la mayoría de los virus, o integrarse en el cromosoma de la célula, como lo hace el VIH. Si es lo último, lambda se replica inofensivamente con su huésped cada vez que la bacteria se divide.
Este video muestra un fago lambda que infecta a E. coli.
Pero, al igual que el VIH, lambda no está simplemente inactiva. Utiliza una proteína especial llamada CI como un estetoscopio para detectar signos de daño en el ADN dentro de la célula bacteriana. Si el ADN de la bacteria se ve comprometido, son malas noticias para el fago lambda anidado en su interior. El ADN dañado conduce directamente al vertedero de la evolución porque es inútil para el fago que lo necesita para reproducirse. Entonces, lambda activa sus genes de replicación, hace copias de sí mismo y sale de la célula para buscar más células no dañadas para infectar.
Aprovechando el sistema de comunicación de la célula.
Algunos fagos, en lugar de recopilar información con sus propias proteínas, aprovechan el sensor de daño del ADN de la célula infectada: LexA.
Proteínas como CI y LexA son factores de transcripción que activan y desactivan los genes uniéndose a patrones genéticos específicos dentro del libro de instrucciones del ADN que es el cromosoma. Algunos fagos como el colifago 186 han descubierto que no necesitan su propia proteína CI viral si tienen una secuencia de ADN corta en sus cromosomas a la que se puede unir la bacteria LexA. Al detectar daños en el ADN, LexA activará los genes de replicación y destrucción del fago, esencialmente cruzando la célula para que se suicide mientras permite que el fago escape.
Los científicos informaron por primera vez el papel de CI en la toma de decisiones sobre fagos en los 1980s y el truco de contrainteligencia de Colifago 186 a finales de la década de 1990. Desde entonces, ha habido algunos otros informes de fagos que aprovechan los sistemas de comunicación bacterianos. Un ejemplo es fago phi29, que aprovecha el factor de transcripción de su huésped para detectar cuándo la bacteria se está preparando para generar una espora o una especie de huevo bacteriano capaz de sobrevivir en ambientes extremos. Phi29 le indica a la célula que empaquete su ADN en la espora, matando a las bacterias en ciernes una vez que la espora germina.
Los factores de transcripción activan y desactivan los genes.
En nuestros investigación recientemente publicada, mis colegas y yo mostramos que varios grupos de fagos han desarrollado de forma independiente la capacidad de acceder a otro sistema de comunicación bacteriano: la proteína CtrA. CtrA integra múltiples señales internas y externas para poner en marcha diferentes procesos de desarrollo en bacterias. La clave entre ellas es la producción de apéndices bacterianos llamados flagelos y pili. Resulta que estos fagos se adhieren a los pelos y flagelos de las bacterias para infectarlos.
Nuestra hipótesis principal es que los fagos usan CtrA para estimar cuándo habrá suficientes bacterias cerca de pili y flagelos deportivos que puedan infectar fácilmente. Un truco bastante inteligente para un "asesino sin sentido".
Estos no son los únicos fagos que toman decisiones elaboradas, todo sin el beneficio de tener un cerebro. Algunos fagos que infectan Bacilo las bacterias producen una pequeña molécula cada vez que infectan una célula. Los fagos pueden sentir esta molécula y usarla para contar el número de infecciones por fagos teniendo lugar a su alrededor. Al igual que los invasores alienígenas, este conteo ayuda a decidir cuándo deben activar sus genes de replicación y destrucción, matando solo cuando los anfitriones son relativamente abundantes. De esta manera, los fagos se aseguran de que nunca se queden sin huéspedes para infectar y garantizar su propia supervivencia a largo plazo.
Contrarrestar la contrainteligencia viral
Quizás se pregunte por qué debería preocuparse por las operaciones de contrainteligencia dirigidas por virus bacterianos. Si bien las bacterias son muy diferentes de las personas, los virus que las infectan son no tan diferente de los virus que infectan a los humanos. bastante cada truco más tarde se ha demostrado que es utilizado por virus humanos. Si un fago puede acceder a las líneas de comunicación bacterianas, ¿por qué un virus humano no podría acceder a las suyas?
Hasta ahora, los investigadores no saben qué podrían estar escuchando los virus humanos si secuestran estas líneas, pero se les ocurren muchas opciones. Creo que, al igual que los fagos, los virus humanos podrían potencialmente contar su número para elaborar estrategias, detectar el crecimiento celular y la formación de tejidos e incluso monitorear las respuestas inmunitarias. Por ahora, estas posibilidades son solo especulaciones, pero la investigación científica está en marcha.
Tener virus escuchando las conversaciones privadas de sus células no es la mejor de las imágenes, pero no deja de tener un resquicio de esperanza. Como bien saben las agencias de inteligencia de todo el mundo, la contrainteligencia funciona solo cuando es encubierta. Una vez detectado, el sistema puede explotarse muy fácilmente para proporcionar información errónea a su enemigo. Del mismo modo, creo que las futuras terapias antivirales pueden combinar la artillería convencional, como los antivirales que evitan la replicación viral, con trucos de guerra de información, como hacer que el virus crea que la célula en la que se encuentra pertenece a un tejido diferente.
Pero, calla, no se lo digas a nadie. ¡Los virus podrían estar escuchando!
Sobre el Autor
Iván Erill, Profesor Asociado de Ciencias Biológicas, Universidad de Maryland, Condado de Baltimore
Este artículo se republica de La conversación bajo una licencia Creative Commons. Leer el articulo original.
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