Cuando se trata de combatir a los invasores, las bacterias funcionan de una manera notablemente similar a las células humanas, ya que poseen la misma maquinaria central necesaria para activar y desactivar las vías inmunitarias, según una nueva investigación de la Universidad de Colorado en Boulder.

El estudio, publicado el 8 de febrero en la revista Nature, también arroja luz sobre cómo funciona esa maquinaria antigua compartida, un grupo de enzimas conocidas como ubiquitina transferasas.

Una mejor comprensión y, potencialmente, la reprogramación de esta máquina podría, en última instancia, allanar el camino hacia enfoques novedosos para tratar una serie de enfermedades humanas, desde trastornos autoinmunes como la artritis reumatoide y la enfermedad de Crohn hasta enfermedades neurodegenerativas como la enfermedad de Parkinson, dijeron los autores.

« Este estudio demuestra que no somos tan diferentes de las bacterias », dijo el autor principal Aaron Whiteley, profesor asistente en el Departamento de Bioquímica. « Podemos aprender mucho sobre cómo funciona el cuerpo humano al estudiar estos procesos bacterianos ».

¿El próximo CRISPR?

El estudio no es el primero en mostrar las lecciones que las bacterias pueden enseñar a los humanos.

La creciente evidencia sugiere que partes del sistema inmunológico humano pueden haberse originado en bacterias, y la evolución produjo iteraciones más complejas de herramientas para combatir virus bacterianos en los reinos vegetal y animal.

En 2020, la bioquímica de la Universidad de California en Berkeley, Jennifer Doudna, ganó el Premio Nobel por CRISPR, una herramienta de edición de genes que reutiliza otro sistema oscuro que usan las bacterias para combatir sus propios virus, conocidos como fagos.

El rumor en torno a CRISPR encendió un renovado interés científico en el papel que desempeñan las proteínas y las enzimas en la respuesta inmune anti-fagos.

« Durante los últimos tres a cinco años, la gente se dio cuenta de que no termina con CRISPR. El potencial es mucho mayor », dijo Whiteley.

Eslabón perdido en la historia evolutiva

Para el estudio, Whiteley y la coautora Hannah Ledvina, becaria postdoctoral de Jane Coffin Childs en el departamento, colaboraron con bioquímicos de la Universidad de California en San Diego para obtener más información sobre una proteína llamada cGAS (GMP-AMP sintasa cíclica), que anteriormente se demostró que estar presente tanto en humanos como, en una forma más simple, en bacterias.

En las bacterias y en los humanos, el cGAS es fundamental para montar una defensa corriente abajo cuando la célula detecta un invasor viral. Pero hasta ahora se desconocía qué regula este proceso en las bacterias.

Usando una técnica de ultra alta resolución llamada microscopía crioelectrónica junto con otros experimentos genéticos y bioquímicos, el equipo de Whiteley observó de cerca la estructura del predecesor evolutivo de cGAS en las bacterias y descubrió proteínas adicionales que las bacterias usan para ayudar a cGAS a defender la célula. del ataque viral.

Debido a que las bacterias son más fáciles de manipular y estudiar genéticamente que las células humanas, este descubrimiento abre un nuevo mundo de oportunidades para la investigación, dijo Ledvina.

« Las ubiquitina transferasas en bacterias son un eslabón perdido en nuestra comprensión de la historia evolutiva de estas proteínas ».

Edición de proteínas

El estudio también reveló cómo funciona esta máquina, identificando dos componentes clave, proteínas llamadas Cap2 y Cap3 (proteínas 2 y 3 asociadas a CD-NTasa), que sirven, respectivamente, como interruptores de encendido y apagado para la respuesta cGAS.

Whiteley explicó que además de desempeñar un papel clave en la respuesta inmune, la ubiquitina en los humanos puede servir como una especie de marcador de la basura celular, dirigiendo el exceso o las proteínas viejas para que se descompongan y destruyan. Cuando ese sistema falla debido a mutaciones en la máquina, las proteínas pueden acumularse y pueden ocurrir enfermedades, como el Parkinson.

Los autores enfatizan que se necesita mucha más investigación, pero el descubrimiento abre emocionantes puertas científicas. Así como los científicos adaptaron el antiguo sistema de defensa bacteriano CRISPR a una biotecnología similar a una tijera que puede eliminar mutaciones del ADN, Whiteley cree que piezas de la máquina de la ubiquitina transferasa bacteriana, a saber, Cap3, el « interruptor de apagado », podrían finalmente programarse para editar eliminar proteínas problemáticas y tratar enfermedades en humanos.

Él y su equipo, con la ayuda de Venture Partners en CU Boulder, ya solicitaron protección de propiedad intelectual y están avanzando con más investigaciones.

« Cuanto más entendamos sobre las ubiquitina transferasas y cómo evolucionaron, mejor equipada estará la comunidad científica para atacar estas proteínas terapéuticamente », dijo Whiteley. « Este estudio proporciona evidencia realmente clara de que las máquinas en nuestro cuerpo que son importantes simplemente para mantener la célula comenzaron en bacterias que hacían cosas realmente emocionantes ».