Las bacterias aprovechan los virus para distinguir a los amigos de los enemigos

Las células bacterianas que normalmente colonizan nuestros intestinos pueden distinguirse de otras especies bacterianas usando lo que tradicionalmente se considera su enemigo: un virus. Los investigadores informan el 16 de abril en la revista Cell Reports que algunas bacterias utilizan virus que las han infectado (es decir, los fagos) para el auto-reconocimiento y por lo tanto muestran una mayor aptitud, repeliendo a los competidores que carecen de esta adaptación.

“Esta es la primera evidencia de que las células pueden distinguirse de los competidores relacionados a través del uso de un virus”, dice Thomas Wood de la Universidad Estatal de Pensilvania, uno de los autores co-senior del estudio. “Las implicaciones son que debemos reevaluar la relación entre un virus y su huésped celular en el sentido de que a veces es beneficioso tener una infección viral.”

La idea del estudio comenzó cuando Wood y su equipo notaron una línea de demarcación que se formó entre diferentes cepas de Escherichia coli K-12, pero no entre clones idénticos, ya que nadaban uno hacia el otro. Para investigar los mecanismos subyacentes, Wood, la primera autora Sooyeon Song de la Universidad Estatal de Pensilvania, y la coautora del estudio Xiaoxue Wang de la Academia China de Ciencias examinaron el comportamiento de natación de la biblioteca completa de E. coli K-12 con 4,296 knockouts de un solo gen.

Descubrieron que la línea de demarcación desapareció completamente por una sola mutación que afectaba a un gen que se requiere para la replicación de algunos fagos. Los hallazgos sugieren que las proteínas relacionadas con los fagos son responsables del auto-reconocimiento bacteriano.

Consistente con esta idea, los investigadores encontraron que la línea de demarcación también fue eliminada para una cepa de E. coli K-12 que carecía de los nueve profagos crípticos — genomas bacteriófagos que se han integrado en los cromosomas bacterianos pero que no forman partículas activas de fagos o rompen (“lyse”) sus células huéspedes. En particular, experimentos adicionales revelaron que el prophage críptico CPS-53 y una de sus proteínas, YfdM, eran necesarios para la línea de demarcación.

Dado que el CPS-53 es esencialmente inactivo en términos de lisis celular y producción de partículas de fagos, los investigadores sospecharon que la línea de demarcación se forma a través de la lisis celular causada por un fago activo diferente. Encontraron que la exposición de células bacterianas que contenían un fago lítico activo llamado SW1 a YfdM estimuló la producción de partículas de fago y causó la lisis de las células, principalmente las que carecían de SW1. Las mayores concentraciones de YfdM o partículas de fago producen líneas de demarcación más gruesas entre las células bacterianas. Los hallazgos sugieren que el SW1 controla la formación de la línea de demarcación utilizando una de las proteínas prophage crípticas del huésped, YfdM de CPS-53, para propagarse.

“E. coli utiliza las herramientas de su viejo enemigo, que se atascó en su cromosoma, para trabajar con este nuevo virus SW1, que permanece principalmente en el exterior de la célula, básicamente navegando en la célula”, dice Wood. “Así que la célula bacteriana está usando un nuevo virus, SW1, contra sus competidores y usando una proteína de un virus que atacó hace millones de años.”

Esta estrategia benefició claramente a las células huéspedes, que repelieron a otras cepas que carecían de SW1 y mostraron una ventaja de crecimiento cuando se las desafió con partículas de fagos de otras cepas. “Un nuevo virus, SW1, y una antigua proteína viral, YfdM, son utilizados como herramientas por la célula en su búsqueda de alimentos, y todas las bacterias suelen estar muriendo de hambre”, dice Wood. “La idea básica es que la célula portadora del virus SW1 no muere tanto como la que no ha visto antes al virus SW1. Así que la célula portadora del virus SW1 es más apta que la célula que carece del virus”.

Este mecanismo de auto-reconocimiento recientemente descubierto permite que las bacterias formen grupos sociales, cooperando con los parientes y antagonizando a los no parientes durante comportamientos que pueden ser importantes para la alimentación, la virulencia, la protección, la detección del quórum y la formación de biopelículas. “Con frecuencia se piensa que las bacterias viven individualmente, pero de hecho pueden buscar comida en grupo”, dice Wood. “Para actuar como grupo, deben ser capaces de distinguirse de otras bacterias. En un tipo de actividad social, cuando se comunican, las células bacterianas secretan señales químicas para comunicarse. Ahora mostramos que las células utilizan virus para distinguirse de bacterias estrechamente relacionadas”.

En estudios futuros, los investigadores planean investigar cómo SW1 evita atacar a sus células huéspedes, en lugar de matar principalmente a las bacterias que carecen del virus. En última instancia, comprender cómo compiten las células podría ser útil para aplicaciones de biología sintética que imitan a la naturaleza y utilizan bacterias en grupos. “Además, si entendemos mejor cómo los virus eligen qué células atacar, tal vez podamos estar en una mejor posición para usar los virus para combatir las infecciones bacterianas”.

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