El investigador valenciano José R. Penadés, que colabora con el Departamento de Ciencias Biomédicas de la CEU UCH, ha liderado este hallazgo con su equipo del Center of Bacterial Resistance Biology, en el Imperial College de Londres, y con investigadores de la Universidad Nacional de Singapur
En un estudio publicado en Cell, una de las revistas científicas revisadas por pares más destacadas en el campo de la bioquímica y la biología molecular, científicos del Imperial College de Londres y de la Universidad Nacional de Singapur (NUS) han descrito una nueva forma en la que las bacterias transmiten sus genes, lo que les permite evolucionar mucho más rápido de lo que se pensaba hasta el momento. Este hallazgo ha sido liderado por el investigador valenciano José R. Penadés, del Imperial College de Londres, que colabora con el Departamento de Ciencias Biomédicas de la Universidad CEU Cardenal Herrera (CEU UCH) de Valencia.
“Nuestro descubrimiento ayudará a los científicos a comprender mejor cómo evolucionan las bacterias patógenas y se vuelven cada vez más virulentas y resistentes a los antibióticos. Supone un verdadero cambio de paradigma en nuestra comprensión de la evolución bacteriana, que influirá enormemente en las formas en que combatimos la resistencia a los antibióticos”, destaca el profesor Penadés, catedrático de Microbiología en el Imprerial College London, donde dirige el MRC Centre for Molecular Bacteriology and Infection.
La cotransducción lateral que han descrito en este nuevo estudio supone “un cambio de paradigma en nuestra comprensión de la evolución bacteriana, que influirá enormemente en las formas en que combatimos la resistencia a los antibióticos”, destaca el profesor Penadés
Según explica el científico valenciano, la capacidad de compartir genes es el principal mecanismo de la evolución microbiana que puede transformar una bacteria benigna en un patógeno mortal de forma casi instantánea. Los fagos, los virus de las bacterias, pueden actuar como conductores para que los genes se transfieran de una bacteria a otra mediante un proceso conocido como transducción genética. Actualmente, existen tres mecanismos conocidos de transducción: generalizada, especializada y lateral. La transducción lateral fue también descubierta por el equipo investigador del profesor Penadés en 2018, y en el momento de su descubrimiento se consideró que era el mecanismo más potente de movilización genética, siendo al menos mil veces más eficiente que el siguiente mecanismo más poderoso: la transducción generalizada.
De la transducción a la cotransducción lateral
Para su estudio, los investigadores se han centrado en Staphylococcus aureus, una de las bacterias más importantes en la clínica humana y veterinaria, capaz de producir un amplio abanico de cuadros infecciosos, que se manifiestan principalmente como infecciones de la piel, pero que pueden progresar a condiciones sistémicas potencialmente mortales. Estudiando esta bacteria, los investigadores han descubierto un nuevo mecanismo de transferencia genética al que han llamado “cotransducción lateral”. Mientras que los mecanismos clásicos dependen de los fagos, en la “cotransducción lateral” el actor principal son unos elementos genéticos llamados islas de patogenicidad de Staphylococcus aureus (SaPIs). Las SaPIs son elementos de ADN egoístas que explotan y parasitan fagos, lo cual les permite moverse de unas bacterias a otras. Estos elementos se encuentran comúnmente integrados en los cromosomas de S. aureus y, cuando detectan la presencia de los virus, se activan para poderse movilizar de unas bacterias a otras. Estos “parásitos de fagos” son clínicamente muy importantes porque codifican información que les permitirá a las bacterias que los llevan ser más virulentas y resistentes.
Gracias al hallazgo de la “cotransducción lateral”, los investigadores has descubierto que las SaPIs no se mueven solas, sino que una vez activadas por el virus, son capaces de llevarse consigo otras regiones del cromosoma bacteriano, las cuales codifican para genes adicionales de virulencia y resistencia. Esta movilidad de genes entre diferentes bacterias permite la evolución de éstas a velocidades inesperadas para los investigadores de este ámbito. El profesor José R. Penadés califica este descubrimiento como enormemente significativo: “Este avance arroja luz sobre un nuevo mecanismo de evolución de las bacterias. Dado el aumento alarmante de superbacterias resistentes a los antibióticos, comprender estos mecanismos de evolución bacteriana es cada vez más urgente”.
Sus resultados, publicados hoy en la revista científica Cell, ayudarán a comprender cómo las bacterias más peligrosas por su resistencia a los antibióticos se adaptan y evolucionan rápidamente, volviéndose más virulentas
Evolución bacteriana, mucho más rápida
El proceso recién descubierto de la cotransducción lateral rivaliza con la transducción lateral en términos de eficiencia en cuanto a capacidad de transmisión de la patogenicidad de las bacterias, pero la supera en versatilidad y complejidad. Según explica el profesor Penadés, “la transducción lateral solo ocurre cuando los fagos latentes dentro de los genomas bacterianos se reactivan e inician la reproducción en el ciclo lítico. Pero la cotransducción lateral puede ocurrir durante el proceso de reactivación y también durante la infección de nuevas células bacterianas. Además, a diferencia de los fagos, que sacrifican sus propios genes para transmitir el ADN del huésped bacteriano, las SaPI pueden transferirse completamente intactas con el ADN bacteriano a través de la cotransducción lateral. Esta capacidad les permite repetir perpetuamente el proceso, haciéndolo significativamente más potente y eficiente en la transmisión de genes bacterianos”.
Con respecto al hallazgo, el profesor Chen, investigador de la Universidad Nacional de Singapur que ha participado en el hallazgo, destaca: “A través del estudio que acabamos de publicar en Cell, hemos demostrado que las bacterias pueden evolucionar mucho más rápido de lo que creíamos. Si bien la transducción genética siempre ha sido dominio exclusivo de los fagos, en un giro inesperado nuestra investigación ha demostrado que los parásitos de los parásitos más prolíficos del planeta, los fagos, son probablemente los agentes transductores más poderosos y eficientes que se conocen actualmente”.
Consecuencias en las terapias con fagos
La proliferación de las superbacterias, a través de mecanismos como el ahora descrito, ha requerido nuevas formas de tratar las cepas resistentes a los antibióticos. Y en los últimos años, la terapia con fagos, es decir, el uso de fagos para destruir bacterias dañinas en infecciones y enfermedades, ha ganado popularidad. Sin embargo, en lugar de simplemente combatir las bacterias, algunos fagos terapéuticos podrían convertirse en cómplices involuntarios de las SaPI u otros elementos relacionados con el proceso de cotransducción lateral ahora descubierto.
Esto supone que los fagos podrían usarse para destruir bacterias a corto plazo, “pero terminar propagando genes dañinos a otras células a largo plazo, lo que podría resultar desastroso. Con esta nueva forma de comprender los mecanismos evolutivos de las bacterias patógenas, es importante que los fagos terapéuticos se examinen cuidadosamente antes ser utilizados para la terapia”, añade el profesor Chen.
Más información sobre el artículo “Dual pathogenicity island transfer by piggybacking lateral transduction”, en la revista Cell. DOI: https://doi.org/10.1016/j.cell.2023.07.001
