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Un estudio pionero de la Universidad de Tel Aviv ha revelado cómo se pueden neutralizar los mecanismos de defensa de las bacterias, lo que permite una transferencia eficiente de material genético entre ellas. Este descubrimiento promete abordar la crisis mundial de resistencia a los antibióticos y mejorar las técnicas de manipulación genética para aplicaciones médicas, industriales y ambientales.
La investigación fue dirigida por la estudiante de doctorado Bruria Samuel del laboratorio del profesor David Burstein en la Escuela Shmunis de Biomedicina e Investigación del Cáncer, Facultad Wise de Ciencias de la Vida, Universidad de Tel Aviv. El equipo también incluyó a la Dra. Karin Mittelman, Shirly Croitoru y Maya Ben-Haim. Sus hallazgos fueron publicados en la prestigiosa revista Nature ( Diverse anti-defense systems are encoded in the leading region of plasmids ).
La diversidad genética es vital para que las especies se adapten a los cambios ambientales. En los seres humanos y en muchos organismos, la reproducción sexual impulsa esta diversidad. Sin embargo, las bacterias carecen de ese mecanismo. En cambio, dependen de estrategias alternativas, como la transferencia directa de ADN, para mantener la variación genética. Este proceso desempeña un papel clave en su rápida adaptación, ejemplificada por la alarmante propagación de la resistencia a los antibióticos.
Uno de los principales métodos que utilizan las bacterias para transferir ADN es la conjugación, en la que una bacteria se conecta directamente con otra a través de un tubo microscópico para transferir material genético conocido como plásmidos. El profesor Burstein explica: “Los plásmidos son pequeñas moléculas de ADN circulares clasificadas como ‘elementos genéticos móviles’. A diferencia de los virus, los plásmidos se transfieren entre bacterias sin matar a sus huéspedes”.
Los plásmidos suelen tener características ventajosas, como genes de resistencia a los antibióticos. Sin embargo, las bacterias poseen sistemas de defensa diseñados para destruir el ADN extraño, incluidos los plásmidos. “Si bien la conjugación y los mecanismos de defensa bacterianos son bien conocidos, hasta ahora no estaba claro cómo los plásmidos evaden estas defensas”, dice el profesor Burstein.
Bruria Samuel comenzó su investigación analizando 33.000 plásmidos mediante herramientas computacionales. Identificó genes vinculados a sistemas “antidefensa”, que ayudan a los plásmidos a eludir las barreras de defensa bacterianas. Cabe destacar que estos genes se ubicaban constantemente cerca del sitio de corte del ADN, el punto donde se corta una hebra del plásmido y se transfiere durante la conjugación. Esta posición estratégica garantiza que estos genes antidefensa sean los primeros en ingresar a la bacteria receptora, neutralizando sus sistemas de defensa de inmediato.
El profesor Burstein recuerda su incredulidad inicial al ver los resultados de Samuel, señalando que ninguna investigación anterior había observado este fenómeno. Para validar sus hallazgos, el equipo realizó experimentos de laboratorio utilizando plásmidos que portaban genes de resistencia a los antibióticos y bacterias equipadas con el sistema de defensa CRISPR. Demostraron que cuando los genes antidefensa se colocan cerca del sitio de entrada, los plásmidos eluden con éxito las defensas CRISPR, lo que permite que las bacterias receptoras se vuelvan resistentes a los antibióticos. Por el contrario, cuando estos genes se ubican en otra parte, el sistema de defensa destruye el plásmido y las bacterias mueren.
Este descubrimiento abre caminos apasionantes para futuras investigaciones y aplicaciones. Comprender cómo se posicionan los genes antidefensa en los plásmidos podría llevar a la identificación de nuevos genes antidefensa y mejorar el diseño de plásmidos para la manipulación genética. El profesor Burstein destaca posibles aplicaciones, como el desarrollo de plásmidos para bloquear genes de resistencia a antibióticos en entornos hospitalarios, enseñar a las bacterias a degradar contaminantes en el suelo y el agua y optimizar las bacterias intestinales para beneficiar la salud humana.
El Dr. Ronen Kreizman, director ejecutivo de Ramot, la empresa de transferencia de tecnología de la Universidad de Tel Aviv, destaca la importancia biotecnológica de este descubrimiento. “Este avance podría revolucionar campos como el desarrollo de fármacos, la biología sintética, la agricultura y la tecnología medioambiental. Al perfeccionar la transferencia de material genético, podemos abordar los desafíos globales más urgentes. Ramot está trabajando activamente para comercializar esta tecnología y liberar todo su potencial”.
Este estudio no sólo arroja luz sobre un proceso bacteriano fundamental, sino que también abre el camino para soluciones innovadoras a algunos de los problemas ambientales y de salud más críticos de la actualidad.
