{"id":130395,"date":"2010-01-25T19:22:09","date_gmt":"2010-01-25T18:22:09","guid":{"rendered":"http:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/microbiologia\/?p=130395"},"modified":"2010-02-02T17:36:47","modified_gmt":"2010-02-02T16:36:47","slug":"la-bacteria-rebelde","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/microbiologia\/2010\/01\/25\/130395","title":{"rendered":"La bacteria rebelde"},"content":{"rendered":"

autora: Pascale Cossart<\/a><\/p>\n

art\u00edculo publicado en The Scientist<\/a><\/p>\n

traducci\u00f3n: Paolo Natale y Miguel Vicente<\/a><\/p>\n

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\u00a9 Hans Ackermann \/ Visuals Unlimited \/ Corbis<\/figcaption><\/figure>\n

Movi\u00e9ndose a trav\u00e9s del citoplasma dejando un rastro de actina polimerizada, activando un arsenal de factores de virulencia mediante cambios en la estructura del ARN, o almacenando el c\u00f3digo para transcribir el ARN en el lado contrario del ADN, <\/strong>Listeria<\/strong><\/em> dicta sus propias normas de supervivencia.
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A mediados de los a\u00f1os ochenta, despu\u00e9s de estar trabajando varios a\u00f1os en el instituto Pasteur sobre la estructura de prote\u00ednas y las interacciones entre ADN y prote\u00edna, ten\u00eda la oportunidad de cambiar proyecto de investigaci\u00f3n y estudiar bacterias pat\u00f3genas. Junto con mi colaboradora Brigitte Gicquel seleccion\u00e9 dos sistemas en los que trabajar: la bacteria causante de la tuberculosis, una enfermedad que afecta a alrededor de 9 millones de personas al a\u00f1o, o Listeria<\/em>, una bacteria que en los Estados Unidos afecta anualmente a unas 2.500 personas y con solo unas 500 muertes al a\u00f1o. Eleg\u00ed Listeria<\/em>.<\/span><\/strong><\/p>\n

A m\u00ed me parec\u00eda un organismo modelo perfecto. Al contrario de Mycobacterium<\/em> tuberculosis<\/em>, Listeria<\/em> parec\u00eda f\u00e1cil de manejar, se pod\u00eda manipular gen\u00e9ticamente, crec\u00eda r\u00e1pido y ten\u00eda un ciclo vital interesante. Por entonces se hab\u00edan hecho muchos estudios sobre pat\u00f3genos extracelulares y parec\u00eda muy interesante estudiar bacterias pat\u00f3genas intracelulares. Seg\u00fan iba obteniendo m\u00e1s datos, me asombr\u00f3 c\u00f3mo, una vez que Listeria<\/em> ha entrado en el interior de una c\u00e9lula, se reviste con una capa de actina, una prote\u00edna producida por el hospedador, y parece echarse a volar por el citoplasma como si fuese un supervillano en miniatura. A continuaci\u00f3n, en vez de emerger al espacio extracelular por la membrana citopl\u00e1smica de la c\u00e9lula del hospedador, como lo hacen otras bacterias, Listeria<\/em> atraviesa las membranas citoplasm\u00e1ticas y entra directamente en la c\u00e9lula vecina. As\u00ed puede diseminarse directamente a los \u00f3rganos que ataca: el cerebro y la placenta, sitios que en los mam\u00edferos normalmente est\u00e1n muy protegidos contra la invasi\u00f3n por bacterias. Adem\u00e1s, al eludir el espacio extracelular Listeria<\/em> se hace, al menos en parte, invisible para el radar del sistema inmunitario.<\/p>\n

En 1989, Lewis Tilney y Dan Portnoy descubrieron la causa del movimiento a propulsi\u00f3n de Listeria<\/em> en el interior de la c\u00e9lula. Y este movimiento no lo realiza su flagelo. Este org\u00e1nulo, similar a un l\u00e1tigo, es el principal propulsor de Listeria<\/em> en el ambiente, antes de entrar en el cuerpo del hospedador junto con alimentos contaminados. Pero en el momento en que entra en el c\u00e1lido intestino del hospedador, la bacteria se desprende de \u00e9l . Comparando la velocidad de la polimerizaci\u00f3n de la actina en la c\u00e9lula hospedadora con la distancia recorrida, los investigadores imaginaron que la bacteria avanzaba por la c\u00e9lula construyendo, pelda\u00f1o a pelda\u00f1o, una escalera de actina.<\/p>\n

La continuaci\u00f3n de estos descubrimientos provoc\u00f3 una carera para descubrir el gen que permite a Listeria<\/em> polimerizar la actina. Pero no era esto lo que a m\u00ed me interesaba. Mi laboratorio trabajaba para identificar los genes responsables de la virulencia de la bacteria. Hab\u00eda obtenido una serie de mutantes de Listeria<\/em>, y con mi colaboradora Edith Gouin, estaba buscando clones que careciesen de la enzima fosfolipasa. Sospechaba que esta enzima interviene en la virulencia ayudando a la bacteria a lisar las membranas que cruza. Una vez encontrado el mutante, nos dimos cuenta enseguida de que la bacteria estaba fuertemente atenuada de otras maneras. Cuando mi postdoc Christine Kocks infect\u00f3 las c\u00e9lulas con este mutante, Listeria<\/em> no pudo formar una cola de actina y desplazarse por el citoplasma. Sin querer participar en la carrera, \u00a1la hab\u00edamos ganado! De hecho la mutaci\u00f3n se localizaba en el gen responsable de la movilidad mediante la actina. Ese gen formaba parte de un operon que tambi\u00e9n conten\u00eda el gen de la fosfolipasa, explicando as\u00ed, por qu\u00e9 ambos genes fueron afectados por la mutaci\u00f3n. A este nuevo gen lo llamamos actA<\/em>(1), gen de Actina A, porque pens\u00e9 que un proceso tan interesante y peculiar necesitar\u00eda la actividad de m\u00faltiples genes que encontrar\u00edamos m\u00e1s adelante. Es curioso, solo se ha identificado un gen que controla esta caracter\u00edstica espec\u00edfica de esta bacteria.<\/p>\n

Persiguiendo las respuestas a las preguntas que despertaban mi curiosidad, he dejado que Listeria<\/em> me conduzca hacia nuevos campos de la Biolog\u00eda, como por ejemplo en los \u00faltimos a\u00f1os hacia los ARN no codificantes y la regulaci\u00f3n mediada por ARN. Al igual que para moverse en la c\u00e9lula \u00e9sta poco convencional bacteria utiliza la actina, Listeria<\/em> ha desarrollado m\u00e9todos muy ingeniosos para utilizar los transcritos de ARN que no se traducen.<\/p>\n

La bacteria aprovecha todos los componentes del sistema de defensa celular del hospedador en su propio beneficio. Se oculta dentro de las c\u00e9lulas, secuestra receptores e interfiere con las rutas reguladoras. Listeria<\/em> es muy adaptable, se encuentra tan feliz lo mismo creciendo en la nevera o en el suelo a 4\u00b0C como en el cuerpo a 37\u00b0C. En su hospedador se adapta r\u00e1pidamente al ambiente pobre en ox\u00edgeno y se convierte en pat\u00f3geno. Es esta transici\u00f3n entre la vida saprofita, viviendo de las plantas en descomposici\u00f3n, y la de un pat\u00f3geno capaz de causar una enfermedad, la que me ha interesado cada vez m\u00e1s.<\/p>\n

Desde 1986 hemos estudiado la virulencia utilizando t\u00e9cnicas de biolog\u00eda molecular, bioqu\u00edmica, y por infecci\u00f3n de c\u00e9lulas en cultivo. Tambi\u00e9n hemos usado ratones que infect\u00e1bamos por v\u00eda intravenosa, pero este modelo era muy artificial, ya que Listeria<\/em> no infecta a ratones. (Su tropismo se limita a humanos y a animales de granja como vacas y ovejas.) Descubrimos que la versi\u00f3n humana del receptor cadherina E, que es una mol\u00e9cula de adherencia necesaria para mantener la integridad de las uniones entre las c\u00e9lulas epiteliales, participa en el proceso de entrada de la bacteria. Actua como receptor de una prote\u00edna de Listeria<\/em> llamada internalina A (InlA), obligando a las c\u00e9lulas del hospedador que producen cadherina E a tragarse la bacteria. Aunque la mayor\u00eda de los animales producen cadherina E, la variaci\u00f3n de un solo amino\u00e1cido entre la cadherina E humana y la de rat\u00f3n es bastante para que los ratones sean resistentes a la infecci\u00f3n de Listeria<\/em> por v\u00eda oral .<\/p>\n

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Los trucos que <\/span>Listeria<\/span><\/em> saca de la chistera<\/span><\/strong>
\nUna vez en el intestino <\/span>Listeria<\/span><\/em> produce internalina, una mol\u00e9cula de adhesi\u00f3n que interacciona con la cadherina E del hospedador. <\/span>1<\/span><\/strong>. La bacteria es tragada por la membrana del hospedador <\/span>2<\/span><\/strong>. Escap\u00e1ndose de la ves\u00edcula, <\/span>Listeria<\/span><\/em> se multiplica <\/span>3<\/span><\/strong>, cada nueva bacteria nueva queda envuelta en una nube de actina <\/span>4<\/span><\/strong>. Listeria<\/em> se lanza por la c\u00e9lula formando una cometa de filamentos de actina y acaba perforando la membrana de una c\u00e9lula adyacente <\/span>5<\/span><\/strong>. en la que es engullida repitiendo los pasos del 3 al 5.<\/span><\/p>\n

Para evitar este problema desarroll\u00e9, junto con mis colaboradores Marc Lecuit y Charles Babinet, un modelo animal adecuado produciendo la cadherina E humana en el intestino del rat\u00f3n (2). Fu\u00e9 la primera vez que se usaron ratones humanizados para estudiar una enfermedad bacteriana y que revel\u00f3 ser un m\u00e9todo eficaz. Podemos infectar el rat\u00f3n por via oral para reproducir la v\u00eda de la infecci\u00f3n en humanos y as\u00ed hemos estudiado c\u00f3mo la bacteria atraviesa la barrera intestinal. Hace poco mejoramos nuestro modelo creando un rat\u00f3n que solo expresa la cadherina E humana en vez de la de rat\u00f3n y lo hemos utilizado para estudiar el paso de Listeria<\/em> por la barrera placentaria.<\/p>\n

Seg\u00fan fuimos identificado m\u00e1s factores de virulencia de Listeria<\/em> notamos que solo se produc\u00edan a 37\u00b0C, la temperatura del cuerpo humano. A temperatura ambiente, no se expresaban ninguno de los genes de virulencia. Aventuramos la hip\u00f3tesis de que un interruptor, o un factor de transcripci\u00f3n que regula los genes principales de la virulencia, podr\u00eda estar regulado por temperatura.<\/p>\n

Encontramos que en realidad el interruptor se basa en la estructura del ARN mensajero de PrfA (3). A menos de 37\u00b0C, la secuencia terminal del ARN se repliega formando una horquilla que hace inaccesible la secuencia de iniciaci\u00f3n para que se una el ribosoma y la traduzca. Cuando sube la temperatura, el ARN se despliega y se traduce produciendo el factor de transcripci\u00f3n PrfA, el cual dispara el conjunto de genes de virulencia (v\u00e9ase el gr\u00e1fico abajo). A este elemento de ARN que act\u00faa al principio de la transcripci\u00f3n le puse, junto con mi postdoc J\u00f6rgen Johansson, el nombre de termosensor (3).<\/p>\n

Por esta \u00e9poca, alrededor de 2002, los ARNs peque\u00f1os emerg\u00edan como reguladores g\u00e9nicos importantes en eucariotas y procariotas. Pero nuestro termosensor la verdad es que no se comportaba como la mayor\u00eda de los ARNs peque\u00f1os. Se parec\u00eda a lo que se hab\u00edan llamado elementos ribointerruptores, que forman una horquilla dentro de los ARNs mensajeros inhibiendo su traducci\u00f3n. Hasta nuestro descubrimiento, se cre\u00eda que todos los ribointerruptores se disparaban por peque\u00f1as mol\u00e9culas mas que por la temperatura.<\/p>\n

\u00bfQu\u00e9 otros trucos escond\u00eda Listeria<\/em> en su manga para sobrevivir dentro del hospedador humano?<\/p>\n

Cuantas m\u00e1s publicaciones le\u00eda sobre este asunto, m\u00e1s me intrigaba el poder del ARN. En 2005, ya se hab\u00eda publicado mucho sobre el papel de los ARNs peque\u00f1os en los animales y plantas, pero no tanto sobre su funci\u00f3n en las bacterias. Mi laboratorio llev\u00f3 a cabo un proyecto para investigar los ARNs no codificantes de Listeria<\/em> analizando los transcritos de la bacteria cuando estaba en fase estacionaria (sin alimento), en fase de crecimiento, y cuando est\u00e1 en la sangre como pat\u00f3geno. Intentamos averiguar qu\u00e9 secuencias se relacionan con la regulaci\u00f3n del comportamiento de la bacteria en los principales momentos cruciales de su ciclo de vida y entender c\u00f3mo cambia de ser una bacteria inofensiva a ser pat\u00f3gena.<\/p>\n

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Un termosensor para la virulenci<\/span>a<\/span><\/strong>
\n El gen prfA funciona como interruptor principal de los genes de virulencia de Listeria<\/em>. A temperaturas bajas (izquierda), cuando la bacteria vive en materia vegetal en decomposici\u00f3n, la secuencia de iniciaci\u00f3n del ARN mensajero de PrfA est\u00e1 plegada en forma de horquilla. Cuando la temperatura sube a 37\u00b0C, la temperatura del cuerpo (centro), la horquilla se abre y queda accesible la secuencia de iniciaci\u00f3n a la que se une el ribosoma iniciando la traducci\u00f3n del mensajero del gen (derecha).<\/span><\/p>\n

Caracterizamos los transcritos con un \u201cmicroarray<\/em> en baldosa\u201d, es un chip de ADN que puede detectar todos los transcritos que la bacteria codifica en cualquiera de las dos cadenas del ADN. Como varios a\u00f1os antes ya hab\u00edamos secuenciado y anotado el genoma completo de Listeria<\/em>, pudimos mapear cada oper\u00f3n del genoma y con cuidado identificar sus secuencias inicial y terminal.<\/p>\n

Nuestra b\u00fasqueda identific\u00f3 como m\u00ednimo 50 ARNs peque\u00f1os que podr\u00edan intervenir en la regulaci\u00f3n g\u00e9nica, entre ellos dos factores de virulencia (4). Aunque tanto nosotros como otros hab\u00edamos ya identificado unos 20 ARNs peque\u00f1os que regulan genes de Listeria<\/em> – y que tambi\u00e9n aparecieron en esta b\u00fasqueda – no se hab\u00eda encontrado ning\u00fano para controlar la virulencia.<\/p>\n

Lo que m\u00e1s nos sorprendi\u00f3 es que hab\u00eda varios transcritos largos de ARN que proced\u00edan del lado contrario a la cadena que codifica los genes. Si te encuentras en una cadena del ADN un gen que codifica una prote\u00edna, nunca miras a la cadena opuesta. Y bien, hab\u00edamos identificado estos transcritos antisentido largos pero no sab\u00edamos muy bien para que serv\u00edan la mayor\u00eda de ellos. Una de estas cadenas antisentido conten\u00eda una regi\u00f3n 5\u00b4 no codificante y una regi\u00f3n que codifica un regulador transcripcional del gen de la flagelina (5). Este descubrimiento a\u00f1ad\u00eda un nivel de complejidad a la ya muy compleja regulaci\u00f3n del flagelo de Listeria<\/em>.<\/p>\n

Junto con Johansson, que ahora dirige un grupo de investigaci\u00f3n en la universidad de Ume\u00e4, demostr\u00e9 que los ribointerruptores pueden actuar sobre genes que les preceden. Adem\u00e1s, cuando un ribointerruptor se produce como un transcrito peque\u00f1o, en vez de ser degradado, puede actuar en genes lejanos de la cadena de ADN opuesta. De hecho, demostramos que SreA y SreB, dos ribointerruptores, pueden actuar tambi\u00e9n sobre el transcrito de PrfA uni\u00e9ndose al inicio de su mensaje. Los transcritos cortos SreA y SreB se producen cuando en la bacteria hay un exceso de S-adenosil, lo que ocurre al crecer en medio rico en nutrientes. Estos transcritos se unen a pfrA<\/em> e interfieren con su traducci\u00f3n. Todos estos resultados demuestran que prfA<\/em> – y la virulencia de Listeria<\/em> en general- est\u00e1n estrictamente controlados por un conjunto de se\u00f1ales ambientales muy sofisticadas, incluyendo la temperatura y la disponibilidad de nutrientes.<\/p>\n

<\/embed><\/object><\/p>\n

El estudio de la Listeria<\/em> ha sido una mina de oro para m\u00ed y para otros que investigan en este tema. Muchas de las preguntas que nos hicimos condujeron al descubrimiento de conceptos y de mecanismos importantes. Adem\u00e1s de tener unos ingeniosos trucos para meterse en las c\u00e9lulas y proliferar en su interior, Listeria<\/em> tambi\u00e9n modifica su metabolismo estimulando los genes que le permiten sobrevivir en el hospedador. Puede por ejemplo drenar los az\u00facares de su hospedador. Adem\u00e1s se evade del sistema inmunitario desacetilando su propio peptidoglicano – un componente de la pared celular que normalmente induce la respuesta inflamatoria. Tambi\u00e9n se adue\u00f1a de la modificaci\u00f3n de las histonas y reprograma la c\u00e9lula hopedadora infectada. Recientemente incluso descubrimos prote\u00ednas que Listeria<\/em> env\u00eda al n\u00facleo hospedador para reprogramar la c\u00e9lula. Y ahora hay pruebas de que Listeria<\/em> manipula rutas similares a la ubicuitina para aumentar la infecci\u00f3n.<\/p>\n

Listeria<\/em> es una bacteria que ha desarrollado unos mecanismos asombrosamente creativos para la supervivencia en ambientes diversos. Nunca he lamentado mi elecci\u00f3n de estudiar a este microsc\u00f3pico malvado.<\/p>\n

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\"Pascale\"<\/a><\/strong><\/p>\n

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Pascale Cossart<\/a><\/strong> es profesora del <\/strong>Instituto Pasteur<\/strong><\/a> e investigadora del programa internacional del <\/strong>Instituto de Medicina Howard Hughes<\/strong><\/a>.<\/strong><\/p>\n

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REFERENCIAS<\/span><\/strong><\/p>\n

1. C. Kocks et al<\/em>., 1992. \u201cL. monocytogenes<\/em>-induced actin assembly requires the actA<\/em> gene product, a surface protein,\u201d Cell<\/em>, 68<\/strong>:521\u2013531 .
\n2. M. Lecuit et al<\/em>., 2001 \u201cA transgenic model for Listeria<\/em>: role of internalin in crossing the intestinal barrier,\u201d Science<\/em>, 292<\/strong>:1722-1725 .
\n3. J. Johansson et al<\/em>., 2002 \u201cAn RNA thermosensor controls expression of virulence genes in Listeria monocytogenes<\/em>,\u201d Cell<\/em>, 110<\/strong>:551\u2013561.
\n4. A. Toledo-Arana et al<\/em>., 2009 \u201cThe Listeria<\/em> transcriptional landscape from saprophytism to virulence,\u201d Nature<\/em>, 459<\/strong>:950\u2013956.
\n5. E. Loh et al<\/em>., 2009 \u201cA trans-acting riboswitch controls expression of the virulence regulator PrfA in Listeria monocytogenes<\/em>,\u201d Cell<\/em>, 139<\/strong>:770\u2013779.<\/p>\n

\"logo-notiweb\"<\/p>\n

Foro del d\u00eda 26 de enero de 2010 en notiweb <\/a><\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

autora: Pascale Cossart art\u00edculo publicado en The Scientist traducci\u00f3n: Paolo Natale y Miguel Vicente Movi\u00e9ndose a trav\u00e9s del citoplasma dejando un rastro de actina polimerizada, activando un arsenal de factores de virulencia mediante cambios en la estructura del ARN, o almacenando el c\u00f3digo para transcribir el ARN en el lado contrario del ADN, Listeria dicta sus propias normas de supervivencia.<\/p>\n","protected":false},"author":87,"featured_media":0,"comment_status":"open","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"ngg_post_thumbnail":0},"categories":[257,248,253,247],"tags":[778,777,24],"blocksy_meta":{"styles_descriptor":{"styles":{"desktop":"","tablet":"","mobile":""},"google_fonts":[],"version":4}},"aioseo_notices":[],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/microbiologia\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/130395"}],"collection":[{"href":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/microbiologia\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/microbiologia\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/microbiologia\/wp-json\/wp\/v2\/users\/87"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/microbiologia\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=130395"}],"version-history":[{"count":66,"href":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/microbiologia\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/130395\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":130456,"href":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/microbiologia\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/130395\/revisions\/130456"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/microbiologia\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=130395"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/microbiologia\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=130395"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/microbiologia\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=130395"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}