Las herramientas diseñadas, llamadas “cazador” y “recolector”, permiten por primera vez, extraer y catalogar de forma masiva genes de integrones cromosómicos bacterianos
Un nuevo estudio liderado por equipos de investigación del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) y la Universidad Complutense de Madrid (UCM) presenta dos herramientas biotecnológicas capaces de captar genes de función desconocida para estudiarlas fácilmente.
El trabajo, publicado en la revista Nature Microbiology, describe dos herramientas, el cazador y el recolector, que permiten generar bibliotecas de miles de estos genes y usarlas para buscar nuevas funciones de interés. Como prueba, el equipo ha buscado genes de defensa frente a virus bacterianos y ha descubierto cinco nuevos sistemas. Estos resultados abren la puerta a explorar una enorme reserva genética bacteriana que hasta ahora permanecía prácticamente inaccesible.
Muchos genes de función desconocida están en regiones del cromosoma bacteriano llamadas "integrones", donde se acumulan cientos de genes diferentes cuyas funciones aún no se conocen, pero son importantes para la adaptación y supervivencia bacterianas. Los integrones funcionan como una memoria modular, donde cada gen nuevo llega en un casete y se almacena como una unidad independiente —como un libro dentro de una biblioteca— lista para ser usada cuando la bacteria la necesite. También son capaces de funcionar fuera del contexto en el que se originaron, incluso en especies bacterianas distintas a las que los albergan. Esto los convierte en candidatos especialmente manejables para cribados a gran escala, en las que se busca una función concreta entre cientos de genes sin saber de antemano cuál la tiene.
Hay integrones de dos tipos: los "móviles" están presentes en plásmidos —pequeñas moléculas de ADN circular que pueden transferirse de una bacteria a otra— y pueden llevar hasta diez genes de resistencia a antibióticos. Se mueven a menudo entre bacterias del entorno hospitalario haciéndolas multirresistentes. El segundo tipo son los integrones cromosómicos "sedentarios", de gran tamaño, con hasta 300 genes —el 5% del genoma de la bacteria.
"Acceder a esos genes ha sido históricamente difícil. Los métodos estándar de amplificación de ADN, como la PCR, no funcionan bien con los integrones porque tienen la particularidad de no contener secuencias conservadas en uno de sus extremos", explica José Antonio Escudero, investigador que ha liderado el trabajo desde el Centro Nacional de Biotecnología (CNB-CSIC) y la Universidad Complutense de Madrid.
El integrón "desintegrado"
"En lugar de intentar reconocer los casetes desde fuera, hemos utilizado las piezas de un integrón rediseñado para captarlos, dando lugar a dos herramientas que permiten hacerlo de maneras diferentes: mediante la recolección o la caza de los mismos," detalla Filipa Trigo da Roza, investigadora del CNB-CSIC y la UCM.
El sistema "recolector" de genes, basado en un plásmido, se introdujo en Vibrio cholerae (V. cholerae), la bacteria causante del cólera, y consiguió recuperar los 178 genes de su integrón en menos de 24 horas, con una especificidad superior al 99,9%.
El sistema "cazador" funciona de forma distinta: los investigadores instalaron la herramienta en el cromosoma de V. cholerae y aprovecharon que esta bacteria es capaz de captar ADN del entorno de forma natural. Así, basta con proporcionar ADN genómico de otra bacteria para que el cazador capture sus casetes directamente. "Dando ADN de seis especies distintas de Vibrio, este sistema recuperó entre el 89% y el 97% de los casetes presentes en cada cepa, con una especificidad igualmente superior al 99,9%," resume Trigo da Roza.
Nuevas oportunidades para explorar un reservorio genético poco conocido
La utilidad de estas herramientas va más allá de catalogar genes: permite someterlos a cribados funcionales para descubrir qué hacen. Para demostrar que el sistema funcionaba, el equipo probó con la búsqueda de genes que confieren resistencia frente a virus que infectan bacterias—bacteriófagos-, algo que ya se había observado en integrones.
Los resultados identificaron nueve sistemas genéticos de defensa antiviral en las seis cepas de Vibrio. Cuatro de ellos ya estaban descritos en la literatura científica, confirmando la funcionalidad de la herramienta, pero cinco eran genes completamente nuevos y cuya función no podíamos predecir de ninguna otra forma.
El trabajo también tiene implicaciones para entender la resistencia a antibióticos. "Los integrones móviles que hoy circulan en entornos clínicos, aparecieron en hospitales en los años 50 portando dos genes de resistencia", explica Escudero. "A día de hoy circulan en entornos clínicos llevando múltiples casetes de hasta 200 genes de resistencia diferentes", continúa el investigador. Estos integrones móviles tienen su origen en los integrones cromosómicos del medioambiente, desde donde fueron movilizados en algún momento de la historia evolutiva bacteriana.
Conocer qué genes almacenan actualmente esos reservorios cromosómicos puede ayudar a anticipar qué nuevas resistencias podrían incorporarse en el futuro a los integrones clínicamente relevantes.
El trabajo es fruto de la colaboración entre equipos de la UCM, el CNB-CSIC, el Instituto de Bioquímica Vegetal y Fotosíntesis (CSIC-Universidad de Sevilla), el Instituto de Investigaciones Biomédicas Sols-Morreale (CSIC-UAM) y la École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL, Suiza).
Referencia bibliográfica:
Trigo da Roza F, Carvalho A, Prieto A, Blanco P, Vergara E, López-Igual R, Redrejo-Rodríguez M, Blokesch M, Escudero JA. Large-scale recovery of integron cassettes for gene discovery screens. Nature Microbiology 2026. DOI: 10.1038/s41564-026-02474-5
