Hoy os traigo la historia publicada en un artículo hace poquito, que tiene que ver con mis queridos fagos, concretamente con T7, que es el fago que inspiró el logo de Bacteriófagos. La historia es una historia de supervivencia y que además, tiene su puntillo interesante porque todo empieza dándose cuenta de una pifia en un trabajo previo. ¡Menos mal que revisaron los resultados!
BREX y los fagos
Hace unos años se descubrió un nuevo sistema que tienen las bacterias para evitar ser atacadas por los fagos. Existen muchas formas de evitar la infección, pero cada poco se descubre una nueva. La forma más conocida de evitar el ataque es mediante lo que se conoce como sistemas de restricción-modificación (R-M). Es un sistema en dos pasos, en el que primero se modifica el ADN de la bacteria (para marcarlo y protegerlo) y después se corta (mediante enzimas de restricción) todo aquello que no esté modificado. Así, la bacteria puede eliminar el ADN de los fagos por eliminación, independientemente de la secuencia que tenga.
Otro de los sistemas bien conocidos y ahora muy famoso es CRISPR. CRISPR tiene “memoria”, recordando cachitos de fagos que infectaron a los antepasados de la bacteria. Así, si llega un fago que tiene una secuencia igual a ese cachito en la base de datos, se corta. En este caso depende de la secuencia y es muy específico.
Por último tenemos BREX, que se llama así por EXclusión de BacteRiófagos (pero en inglés, claro). En sí, para cuando se le dio el nombre ya se conocía un sistema de este tipo, pero en BREX se incluyen otros similares que comparten una serie de características. Actúa en dos pasos como los R-M. El primer paso es también una modificación de una secuencia en el genoma de la bacteria para “protegerla”, pero el segundo paso no se sabe todavía cual es, porque nadie ha demostrado todavía si se corta el ADN del fago o si lo que pasa es que se inhibe su copia en la célula. Lo que sabemos es que hay varias proteínas implicadas y ninguna “tiene pinta” de cortar ADN.
Los fagos, por su parte, contraatacan para defenderse. Aquellos fagos que por azar generan algo que les permita sobrevivir a estos sistemas de protección, van a poder reproducirse mejor. En eso se basa la evolución, ¿verdad?
T7, que es uno de nuestros fagos modelo, cuando infecta una célula lo primero que hace es protegerse. Las primeras proteínas del fago que se generan en la célula tienen esa función. Para darle nombre a las proteínas del fago los científicos simplemente las han numerado por orden de entrada, aunque con el paso de los años se han descubierto cosas nuevas y en lugar de renumerar, se han ido añadiendo decimales. La proteína que nos interesa ahora es la codificada en el gen 0.3, que a veces se conoce como gp0.3 (gp= gen product). Para que nos ubiquemos, las patitas que a mi tanto me gustan, están formadas por la proteína gp17, que está casi al final del genoma del fago (porque es de lo último que hace falta).
La proteína 0.3 tiene otro nombre mucho más descriptivo: Ocr, que se refiere a overcome classical restriction. Cuando se empezó a estudiar, se descubrió que era una secuencia corta y que dos copias se unían entre ellas plegándose como el ADN. Así, ese dímero (las dos copias), parecían ADN y se podían unir en el sitio en el que éste se uniría, bloqueando así el corte. En resumen, si las enzimas de restricción tenían un hueco al que se iba a unir el ADN y cortarlo, estas proteínas Ocr lo tapaban, para que no hubiese daño al fago.
El error que abre una nueva vía de investigación
El grupo que investigó el BREX hace un tiempo dijo, en su primer artículo, que las células de E. coli estaban protegidas contra el ataque del fago T7. Entiéndase células de E. coli de las que andan por ahí, no las de laboratorio. ¿El problema? Que al avanzar sus trabajos se dieron cuenta que no siempre era así. Ellos creían haber utilizado un fago T7 wild-type (natural, silvestre, sin modificar), pero según fueron haciendo más experimentos se dieron cuenta de que algo se les había escapado.
Aunque ellos habían partido de un fago silvestre, cuando los tienes en el laboratorio tienden a mutar. Una mutación bien estudiada (porque pasa mucho) es la eliminación de un pequeño fragmento del genoma, muy al principio… que afecta a la proteína Ocr. Concretamente, lo que se cree que pasa es que al hacer las copias del genoma, como hay dos secuencias iguales más o menos juntas, la polimerasa que está copiando se “desliza” y no copia el trozo que hay en medio. Esto en la naturaleza podría ser un problema, pero en el laboratorio hace que los fagos crezcan mejor, así que la mutación se extiende muy rápido… que es lo que les pasó a ellos.
Al revisar todos sus resultados, se dieron cuenta que cuando el fago T7 era realmente el original, sí podía sobrevivir en las células con BREX, así que la protección tenía que estar en ese cachito que les faltaba. Analizando lo que había ahí, tenía que ser por la proteína Ocr. Para demostrarlo, crearon fagos a los que sólo les faltaba esa proteína y, efectivamente, era la que protegía.
¿Puede algo tan pequeño salvar la “vida” de un fago?
Aunque pueda parecer que comparar fagos con proteína y sin proteína ya es suficiente para saber que ésa es la culpable, correlación no implica causalidad, y podría haber otros factores implicados. Una alternativa común para confirmar ese resultado es utilizar los fagos sin ella (que son sensibles a BREX) y añadir la proteína externamente. Como eso funcionó, sabían que no era porque se alterasen otras cosas en el fago. Además, para ver que era un sistema universal, probaron a añadirla también con otros fagos, para comprobar que también quedaban protegidos. Y por todavía no quedaba del todo claro, probaron también una versión mutada de la proteína que la hace menos eficaz y, efectivamente, la protección era parcial. Ya tenían suficientes pruebas de que Ocr protegía a los fagos del “ataque” de BREX, pero… ¿exactamente de qué?
Vamos a pescar
Cuando queremos saber qué proteína interacciona con qué, nos vamos de pesca. Lo que hacemos es marcar una proteína con algo de lo que podamos tirar. Para mantener el símil, enganchamos nuestra proteína a la caña. Después la lanzamos y, cuando creamos que si algo se iba a enganchar ya se habrá enganchado, tiramos a ver qué sale. Estos investigadores hicieron justamente eso, tirar a ver qué venía con la proteína Ocr cuando estaba dentro de las células.
De forma poco sorprendente, lo que salió fue BrxX, que es la proteína que modifica el ADN de la célula para protegerlo, una metiltransferasa (añade metilos al ADN). Eso hace pensar que, como Ocr se mimetiza como si fuese ADN, lo que hace es unirse y bloquear. Como la célula ya no puede proteger su propio ADN para diferenciarlo del del fago, ya no sabe qué es propio y qué es ajeno. En principio esto debería provocar la muerte de la célula (porque identificaría su propio ADN como ajeno), pero como no ocurre, los investigadores asumen que probablemente haya algo más que se nos escape.
Conclusiones
Hoy os he hablado de una pequeña proteína de un pequeño fago que se ocupa de que ese fago pueda reproducirse sin problemas. Como véis, es una historia que todavía necesita más capítulos, porque todavía no sabemos ni cómo actúa BREX exactamente ni cómo hace Ocr exactamente para protegerlos. Además, esto es una lucha en la que la pelota se pasa de un lado a otro, y las bacterias van a devolver la pelota, desarrollando un nuevo sistema para evitar el bloqueo de Ocr. Es posible (y probable) que eso haya ocurrido, pero todavía nadie lo ha descubierto. Si T7 fue uno de los primeros fagos descubiertos, tiene poquitos genes, y todavía estamos ahora descubriendo qué hacen algunas de esas proteínas… no os imagináis lo que nos queda por descubrir en las bacterias.
Yo he comentado sólo algunos de los puntos clave del artículo, pero si queréis todos los detalles, aquí tenéis el enlace: Phage T7 DNA mimic protein Ocr is a potent inhibitor of BREX defence
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