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Ciencias. Los virus evitan a los enemigos o los secretos de los fagos – Ciencia

Es una especie de fanático de la naturaleza. Esto es lo que los científicos pensaron inicialmente cuando descubrieron un virus con un genoma que tenía una estructura diferente a la de otros seres vivos en la Tierra hace casi 50 años. Entonces comenzaron a buscar otros caprichos similares, pero no encontraron ninguno y dejaron de buscar. Incluso ahora, cuando todo el mundo empezó a preocuparse por los virus debido a la pandemia del SARS-CoV-2.

Las influencias del trabajo de tres equipos de investigación se han publicado en la prestigiosa revista Science. Muestran que hay un ejército de virus atípicos. Los científicos también han descubierto cómo se forma, pero la investigación continúa. Se espera que más trabajo conduzca al desarrollo de nuevos tratamientos para algunas enfermedades, como las enfermedades gastrointestinales y las infecciones bacterianas. Quizás también ayuden a responder la pregunta de por qué se desarrollaron estos extraños virus. ¿Es solo para obtener una mejor protección contra las bacterias que los atacan, o son extraterrestres que comenzaron la vida en la Tierra?

La planta, la rana y el hombre

Los científicos han descubierto una estructura del genoma inusual en algunos fagos, un grupo de virus que ha estado librando una guerra contra las bacterias durante millones de años. Penetran en su interior y los destruyen. Pero las bacterias cambian constantemente para evitar un ataque mortal. Entonces, si los virus quieren derrotar a las bacterias, también deben evolucionar. Uno de esos enfoques consistió en alterar la estructura de una pequeña parte del genoma.

Entonces, ¿en qué se diferencia este ADN atípico de algunos fagos de otros organismos? El material genético de casi todos los organismos vivos de nuestro planeta, desde las plantas hasta las ranas y los humanos, está compuesto por cuatro nucleótidos, indicados por las letras ATCG. Por un lado, algunos fagos, llamados fagos para abreviar, no tienen un nucleótido A en su genoma, pero otros, marcados con la letra Z, explica la Dra. Elżbieta Lenartowicz, Jefa del Laboratorio de Diagnóstico Molecular del Instituto Bioorgánico de Química. , Academia Polaca de Ciencias en Poznan. Los científicos dicen sobre un virus de este tipo que es un virus con un genoma Z.

Los científicos descubrieron el primer virus de este tipo, Cyanophage S-2L, que ataca a las cianobacterias, en 1977. A finales de la década de 1980, demostraron que el nucleótido Z es muy estable a altas temperaturas. Se une con más fuerza a los elementos de la cadena de ADN y es más resistente a algunas de las proteínas de las bacterias que normalmente destruirían el ADN viral. Cuando el virus ZTCG penetra en el interior de la bacteria, la enzima no es plenamente consciente de que es un enemigo. Gracias a este virus, es más fácil de replicar y destruir en una célula bacteriana en comparación con un virus con la estructura del genoma ATCG, explica el Dr. Lenartowicz.

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En el último estudio, científicos del Instituto Pasteur de Francia y la Universidad Técnica de Shanghai describen cómo se forma un nucleótido Z y cómo se incorpora al genoma de las bacterias. Lo encontraron en más de doscientos tipos diferentes de virus. En estudios futuros, planean averiguar qué sucede cuando el genoma Z se incorpora a células que anteriormente no lo contenían. Quizás esto cree una nueva herramienta para las terapias genéticas. Y dado que el virus es eficaz para destruir bacterias gracias al nucleótido Z, es posible que se pueda utilizar para tratar infecciones bacterianas. Los científicos ya están usando fagos para tratar algunas infecciones bacterianas, pero el uso de fagos junto con el genoma Z podría hacer que dichos tratamientos sean más efectivos.

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Visitantes del espacio exterior

Además de la aplicación práctica de los últimos descubrimientos, los científicos también quieren aclarar cuándo evolucionaron los virus Z y en qué condiciones ocurrieron. Una hipótesis es que los primeros virus que contienen nucleótidos Z aparecieron en la Tierra, y gracias a esta estructura del genoma, pudieron sobrevivir en las condiciones cálidas y hostiles que prevalecieron en la existencia temprana de nuestro planeta. Fue solo a través de ellos que evolucionaron los virus y organismos que contienen el material genético de ATCG. Otra teoría es que los nucleótidos Z llegaron aquí desde el espacio y dieron origen a la vida en la Tierra.

Los científicos del siglo XIX ya han hablado del origen de la vida fuera del planeta Tierra. Las investigaciones realizadas desde la segunda mitad del siglo XX en adelante mostraron que muchos de los compuestos químicos esenciales para la vida en la Tierra, incluidos los componentes básicos del ADN, se formaron en el espacio interestelar y fueron provocados por meteoritos que bombardearon la Tierra hace miles de millones de años.

Esta teoría se confirmó, por ejemplo, al buscar el famoso meteorito de carbono Murchison, que cayó a la Tierra el 28 de septiembre de 1969 cerca de la ciudad de Murchison en el estado de Victoria en Australia del Sur. En las partes rocosas de la materia prima interestelar que forma el sistema solar, los científicos han encontrado más de 70 aminoácidos, los compuestos químicos que forman las proteínas. Solo 19 de ellos se conocen en la Tierra. Los análisis espectroscópicos mostraron que podría haber miles de materiales orgánicos diferentes dentro de los fragmentos de roca, incluidas las bases necesarias para formar el nucleótido Z.

Michael Groom y Farren Isaacs de la Universidad de Yale propusieron otra teoría para la formación de los genomas Z. En su opinión, el material genético creado de esta manera estaba presente junto con el ADN típico al comienzo de la formación de la vida en nuestro planeta, hace 3.500 millones de años. . El análisis de un meteorito que cayó sobre Australia en 1969, realizado en 2011, indica que es probable que el nucleótido Z tenga un origen extraterrestre. Por lo tanto, podría desempeñar un papel importante en el surgimiento de las formas de vida más tempranas en la Tierra », escribieron los investigadores en la revista Science.

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Matrimonio de bacterias y virus.

Los científicos se han interesado por los fagos durante mucho tiempo. En 1919, médicos en Europa, y especialmente en Alemania y la URSS, sugirieron su uso en pacientes con diversas infecciones bacterianas. La investigación sobre estos virus también ha sido iniciada por un centro que opera en el Instituto de Inmunología y Terapia Experimental de la Academia Polaca de Ciencias en Wroclaw. En la segunda mitad del siglo XX, la viroterapia perdió su relevancia a medida que los antibióticos se usaban cada vez más para combatir las bacterias. Los científicos volvieron a interesarse en él hace varios años, cuando se supo cuán grave es la resistencia de las bacterias a los antibióticos como problema de salud pública.

Recientemente se descubrió que los fagos pueden atacar a las bacterias de dos formas principales. El primer mecanismo consiste en que los virus entren en las células y controlen el mecanismo de producción de proteínas. Esto les permite multiplicarse y las partículas de virus recién formadas infectan cada vez más bacterias. En el segundo mecanismo, el genoma viral se incorpora al cromosoma bacteriano. Permanecen latentes durante muchas generaciones de bacterias hasta que se producen cambios favorables en el medio ambiente. Luego, el virus se libera del cromosoma del huésped y comienza a multiplicarse e infectar nuevas células.

La capacidad de los fagos para incorporar sus genomas en el cromosoma de la bacteria ha sido de interés para José Benadis del Imperial College de Londres durante varios años. El científico cree que estos virus impulsan el desarrollo de bacterias. Él y su equipo describen diferentes formas de intercambiar material genético entre bacterias, a las que ayudan los fagos. Estos resultados ayudan a comprender no solo cómo se replican los virus en las células infectadas, sino también cómo las bacterias intercambian genes.

De ahí la idea de nuevos tratamientos: los fagos pueden dirigirse para convertir bacterias patógenas en bacterias inofensivas. Los primeros experimentos fueron realizados el año pasado por científicos de las universidades de Wuhan y Beijing. Utilizaron Siphoviridae para combatir Bordetella bronchiseptica, que a menudo causa enfermedades respiratorias en el ganado. Descubrieron que las células bacterianas infectadas con el virus eran menos virulentas que las otras células. Es posible que el genoma viral haya penetrado en el gen que las bacterias necesitan para infectar al huésped. En otro experimento, los investigadores demostraron que los fagos podían actuar como una vacuna: los ratones que habían sido inyectados con virus de manera profiláctica estaban protegidos contra la infección por Bordetella.

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Las bacterias también pueden interactuar con el sistema inmunológico. Esto fue demostrado en estudios en ratones realizados por el microbiólogo de la Universidad de Utah en la gira de junio. Otros experimentos fueron realizados por la Dra. Pauline Scanlan de la Universidad de Oxford. Estudié Pseudomonas fluorescens, una bacteria en la naturaleza que es inofensiva para los humanos pero que a veces evoluciona: secreta grandes cantidades de un compuesto llamado alginato que rodea la célula con una sustancia protectora pegajosa. Esta capa protege a las bacterias del ataque del sistema inmunológico del huésped y las hace resistentes a la acción de los antibióticos. El científico demostró que las bacterias cubiertas con una capa mucosa también son más resistentes a las infecciones bacterianas que las células normales.

El poder está en el microbioma

Nuestro estado de salud puede depender de los bacteriófagos en el intestino. Estos virus influyen en la formación de bacterias en el microbioma de los mamíferos. En 2019, científicos de la Escuela de Medicina de Harvard demostraron en estudios con animales que los fagos no solo afectan directamente a las bacterias en el intestino de los ratones, sino que también afectan al resto del microbioma al alterar su composición química y biológica.

Hace unos años, los microbiólogos Brick Doorkop y Laura Hopper del Centro Médico Southwestern de la Universidad de Texas en Dallas realizaron un experimento interesante. Los investigadores estudiaron Enterococcus faecalis, que vive en el intestino humano y generalmente es inofensivo, pero puede convertirse en patógenos peligrosos en condiciones favorables. Se les dio a los ratones una cepa de E. faecalis que es resistente a muchos antibióticos y que causa infecciones, a veces potencialmente mortales, en pacientes hospitalizados. Notaron que algunos de los genes de E. faecalis no provenían del genoma bacteriano, sino del genoma del fago. Estos genes se incorporaron al material genético de las bacterias y muchas generaciones de bacterias los mantuvieron inactivos. Solo se activó cuando las bacterias comenzaron a amenazar la vida de los ratones. Es como si quisieran ayudar a su anfitrión y equilibrar el microbioma intestinal.

Los científicos apenas están comenzando a comprender la importancia de los fagos para el microbioma en nuestro intestino. Comenzaron una investigación para aclarar el vínculo entre estos virus y las enfermedades humanas. Ya han demostrado que los pacientes con enfermedad de Crohn y colitis ulcerosa tienen niveles elevados de algunos fagos, especialmente Caudovirales. Otros investigadores creen que los cambios en la composición bacteriana promueven la diabetes y algunos tipos de cáncer. Todo esto se debe a la alteración del microbioma provocada por los fagos. Virus extraños que pueden habernos llegado del espacio.

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