La investigación revela una nueva forma en que los virus suprimen el sistema inmunológico CRISPR-Cas de las bacterias

Un descubrimiento microscópico no sólo permitirá a los científicos comprender el mundo microbiano que nos rodea, sino que también podría proporcionar una nueva forma de controlar las biotecnologías CRISPR-Cas.

Un equipo internacional de investigadores dirigido por el profesor Peter Fineran de la Universidad de Otago y el Dr. Rafael Pinilla-Redondo de la Universidad de Copenhague ha publicado un estudio en la prestigiosa revista Naturaleza Revelando una nueva forma en que los virus suprimen el sistema inmunológico CRISPR-Cas de las bacterias.

El coprimer autor, el Dr. David Mayo-Muñoz, del laboratorio de interacciones fago-huésped (Phi) del Departamento de Microbiología e Inmunología de Otago, dice que este hallazgo podría enseñarnos sobre la dinámica microbiana en el medio ambiente, usarse para hacer que la edición de genes sea más segura y conducir a alternativas más eficientes a los antibióticos.

El descubrimiento es apasionante para la comunidad científica porque proporciona una mayor comprensión de cómo se pueden detener las defensas CRISPR-Cas”.

Dr. David Mayo-Muñoz, co-primer autor

CRISPR-Cas son sistemas inmunológicos que tienen las bacterias que las protegen de la infección por virus bacterianos, llamados fagos. Funciona tomando fragmentos de ADN del fago y agregándolos al genoma de la bacteria. Las bacterias terminan con un banco de memoria de infecciones pasadas por fagos que archivan como fotografías policiales, usándolas para identificar y degradar ese fago específico cuando ataca nuevamente.

“Si entra un virus, parte de su ADN se agrega al banco de memoria y luego pasa del ADN al ARN en el proceso. Cada ARN actúa como una guía para que el sistema CRISPR-Cas pueda identificar y destruir correctamente el fago invasor. Cada adición al banco de memoria está dividida por una secuencia de repetición CRISPR, que se acumula como sujetalibros entre cada secuencia de fagos.

“Lo interesante es que los fagos han desarrollado diferentes formas de superar estos sistemas de defensa: es como una carrera armamentista evolutiva. Las bacterias tienen CRISPR-Cas, por lo que los fagos han desarrollado anti-CRISPR, lo que les permite bloquear los complejos inmunes de las bacterias.

“Lo que hemos descubierto es una forma completamente nueva en la que los fagos pueden detener los sistemas CRISPR-Cas”, afirma el Dr. Mayo-Muñoz.

Investigadores anteriores demostraron que algunos fagos tienen secuencias repetidas CRISPR en sus genomas y, en el estudio actual, el equipo de Otago y Copenhague demostró que los fagos cargan bacterias con estas repeticiones de ARN para detener CRISPR-Cas.

El profesor Fineran, jefe del laboratorio Phi en Otago, dice que estos ARN anti-CRISPR ciegan los complejos inmunes de las bacterias.

“Los fagos tienen componentes de sistemas bacterianos CRISPR-Cas en sus propios genomas. Los utilizan como imitadores moleculares para su propio beneficio para silenciar el sistema inmunológico de las bacterias y permitir la replicación de los fagos”, dice.

El grupo también descubrió que cuando el fago carga repeticiones de ARN en las proteínas CRISPR-Cas, no se cargan todas las proteínas correctas, formando un complejo no funcional.

“Esta imitación molecular arruina las defensas de las bacterias y la función del sistema; es básicamente un señuelo”.

Un gran interés en CRISPR-Cas radica en su naturaleza programable para editar genomas con precisión: recientemente se otorgó el Premio Nobel de Química por esta tecnología. Curiosamente, los anti-CRISPR se pueden utilizar como interruptor de seguridad para apagar o ajustar esta tecnología.

“Para aprovechar el potencial de las tecnologías CRISPR-Cas, es importante poder controlarlas, encenderlas, apagarlas y ajustarlas, mejorando su precisión y beneficio terapéutico.

“Nuestro descubrimiento es la primera evidencia de un ARN anti-CRISPR, que tiene una secuencia genética más corta que las proteínas anti-CRISPR descubiertas anteriormente, y dado que se basan en secuencias repetidas CRISPR conocidas, tenemos la posibilidad de diseñar ARN anti-CRISPR para todos los sistemas CRISPR-Cas y sus aplicaciones específicas”, afirma el Dr. Mayo-Muñoz.

CRISPR-Cas eventualmente se utilizará para terapia génica (para reparar genes mutados que causan enfermedades), pero para que sea más seguro, se necesitan anti-CRISPR para modular la tecnología.

Los fagos también se pueden utilizar como antimicrobianos para matar bacterias patógenas, ofreciendo una alternativa a los antibióticos, pero si la bacteria infectada tiene un sistema CRISPR-Cas activo, se necesitarán fagos con los anti-CRISPR adecuados para neutralizarla.

“Poder crear un anti-CRISPR personalizado será una opción poderosa a tener en la caja de herramientas”. Dice el profesor Fineran.

“Estamos entusiasmados de poder proporcionar una visión completamente nueva sobre cómo los fagos luchan con sus huéspedes bacterianos. Esperamos que estos ARN anti-CRISPR proporcionen un nuevo enfoque para ayudar a controlar las tecnologías CRISPR-Cas”.

Un descubrimiento microscópico no sólo permitirá a los científicos comprender el mundo microbiano que nos rodea, sino que también podría proporcionar una nueva forma de controlar las biotecnologías CRISPR-Cas.

Un equipo internacional de investigadores dirigido por el profesor Peter Fineran de la Universidad de Otago y el Dr. Rafael Pinilla-Redondo de la Universidad de Copenhague ha publicado un estudio en la prestigiosa revista Naturaleza Revelando una nueva forma en que los virus suprimen el sistema inmunológico CRISPR-Cas de las bacterias.

El coprimer autor, el Dr. David Mayo-Muñoz, del laboratorio de interacciones fago-huésped (Phi) del Departamento de Microbiología e Inmunología de Otago, dice que este hallazgo podría enseñarnos sobre la dinámica microbiana en el medio ambiente, usarse para hacer que la edición de genes sea más segura y conducir a alternativas más eficientes a los antibióticos.

“El descubrimiento es apasionante para la comunidad científica porque proporciona una mayor comprensión de cómo se pueden detener las defensas CRISPR-Cas”, afirma.

CRISPR-Cas son sistemas inmunológicos que tienen las bacterias que las protegen de la infección por virus bacterianos, llamados fagos. Funciona tomando fragmentos de ADN del fago y agregándolos al genoma de la bacteria. Las bacterias terminan con un banco de memoria de infecciones pasadas por fagos que archivan como fotografías policiales, usándolas para identificar y degradar ese fago específico cuando ataca nuevamente.

“Si entra un virus, parte de su ADN se agrega al banco de memoria y luego pasa del ADN al ARN en el proceso. Cada ARN actúa como una guía para que el sistema CRISPR-Cas pueda identificar y destruir correctamente el fago invasor. Cada adición al banco de memoria está dividida por una secuencia de repetición CRISPR, que se acumula como sujetalibros entre cada secuencia de fagos.

“Lo interesante es que los fagos han evolucionado diferentes maneras de superar estos sistemas de defensa: es como una carrera armamentista evolutiva. Las bacterias tienen CRISPR-Cas, por lo que los fagos han desarrollado anti-CRISPR, lo que les permite bloquear los complejos inmunes de las bacterias.

“Lo que hemos descubierto es una forma completamente nueva en la que los fagos pueden detener los sistemas CRISPR-Cas”, afirma el Dr. Mayo-Muñoz.

Investigadores anteriores demostraron que algunos fagos tienen secuencias repetidas CRISPR en sus genomas y, en el estudio actual, el equipo de Otago y Copenhague demostró que los fagos cargan bacterias con estas repeticiones de ARN para detener CRISPR-Cas.

El profesor Fineran, jefe del laboratorio Phi en Otago, dice que estos ARN anti-CRISPR ciegan los complejos inmunes de las bacterias.

“Los fagos tienen componentes de sistemas bacterianos CRISPR-Cas en sus propios genomas. Los utilizan como imitadores moleculares para su propio beneficio para silenciar el sistema inmunológico de las bacterias y permitir la replicación de los fagos”, dice.

El grupo también descubrió que cuando el fago carga repeticiones de ARN en las proteínas CRISPR-Cas, no se cargan todas las proteínas correctas, formando un complejo no funcional.

“Esta imitación molecular arruina las defensas de las bacterias y la función del sistema; es básicamente un señuelo”.

Un gran interés en CRISPR-Cas radica en su naturaleza programable para editar genomas con precisión: recientemente se otorgó el Premio Nobel de Química por esta tecnología. Curiosamente, los anti-CRISPR se pueden utilizar como interruptor de seguridad para apagar o ajustar esta tecnología.

“Para aprovechar el potencial de las tecnologías CRISPR-Cas, es importante poder controlarlas, encenderlas, apagarlas y ajustarlas, mejorando su precisión y beneficio terapéutico.

“Nuestro descubrimiento es la primera evidencia de un ARN anti-CRISPR, que tiene una secuencia genética más corta que las proteínas anti-CRISPR descubiertas anteriormente, y dado que se basan en secuencias repetidas CRISPR conocidas, tenemos la posibilidad de diseñar ARN anti-CRISPR para todos los sistemas CRISPR-Cas y sus aplicaciones específicas”, afirma el Dr. Mayo-Muñoz.

CRISPR-Cas eventualmente se utilizará para terapia génica (para reparar genes mutados que causan enfermedades), pero para que sea más seguro, se necesitan anti-CRISPR para modular la tecnología.

Los fagos también se pueden utilizar como antimicrobianos para matar bacterias patógenas, ofreciendo una alternativa a los antibióticos, pero si la bacteria infectada tiene un sistema CRISPR-Cas activo, se necesitarán fagos con los anti-CRISPR adecuados para neutralizarla.

“Poder crear un anti-CRISPR personalizado será una opción poderosa a tener en la caja de herramientas”. Dice el profesor Fineran.

“Estamos entusiasmados de poder proporcionar una visión completamente nueva sobre cómo los fagos luchan con sus huéspedes bacterianos. Esperamos que estos ARN anti-CRISPR proporcionen un nuevo enfoque para ayudar a controlar las tecnologías CRISPR-Cas”.