I Carnaval de Biología - Redefiniendo la Patogenicidad Bacterial utilizando las herramientas de la genética molecular

Entre las cosas que hemos aprendido de la patogenicidad de las bacterias se tienen estas características fundamentales:

• Los patógenos son células biológicas impresionantes. 25 años de información acumulada demuestran que las bacterias manipulan las funciones normales de las células huésped en formas que benefician a las bacterias (Ver Figura 01).
• La transferencia horizontal de genes a través de elementos genéticos móviles ha sido una fuerza muy importante en la evolución de la especialización de bacterias, incluyendo la de los agentes patógenos. Los genes para muchos productos ‘bacteriales’ especializados, como toxinas y adhesinas, en realidad residen en transposones y fagos.
• La herencia de los bloques de genes, denominados islas de patogenicidad, es a menudo la clave para la expresión de la patogenicidad de las bacterias.

Figura 01 – Las bacterias patógenas manipulan las funciones normales o interfieren con la célula huésped para su beneficio propio.

Crédito: Cambridge University Press

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Cuando se comenzaron a utilizar las herramientas de la genética molecular para examinar genes virulentos e identificar sus funciones, tratamos de aislar los genes particulares para toxinas y otros productos virulentos similares. En la actualidad, se tiene un enfoque diferente, el cual refleja nuestro entendimiento del comportamiento patógeno. Por ejemplo, a diferencia de la bacteria comensal, la salmonella rompe la barrera epitelial del huésped, usualmente en áreas del intestino epitelial conocidas como ‘Parches de Peyer’ y son envueltas por células fagocíticas. En lugar de ser eliminados, los patógenos se replican allí y se distribuyen al hígado y al bazo. Eventualmente, en muchos casos, los patógenos serán cubiertos por el huésped, con frecuencia durante largos periodos de tiempo. Estos eventos claves en la patogénesis de la infección, además de la interacción de los patógenos con el huésped innato y la adaptación al sistema inmune, son ilustrados en la Figura 02.

 

Figura 02 – Infección por Salmonella. IFN-γ = Interferón Gamma. MLN = Mesenteric Lymph Node (Nódulos Linfáticos Mesentéricos).

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La diferencia entre la Salmonella y sus ancestros, los organismos comensales en el intestino están basadas en la herencia de las islas de patogenicidad, las cuales le otorgan a las bacterias la habilidad para abandonar los confines del colon por locaciones donde otras materias podrían ser aniquiladas. Allí el patógeno evolucionado puede actuar libre de competencia. Para identificar los genes que permiten tales incursiones en el huésped, se puede utilizar un micro-matriz basado en la estrategia de selección negativa, como se muestra en la Figura 03, la cual nos permite cribar el genoma de Salmonella completo para genes que son asociados con diferentes etapas de infección.

Figura 03 – Micro-matriz basa en la estrategia de selección negativa; hyb = Hibridización; IP = Intraperitoneal.

Crédito: Kaman Chan; Stanford University.

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Utilizando esta estrategia, se puede encontrar que mientras muchos genes son exprimidos dentro de la primera semana de la enfermedad hay un grupo de genes que no son lo son sino hasta la segunda semana, y aún otros que lo serán hasta la tercer o cuarta semana. Estos resultados indican que genes particulares son requeridos para las diferentes etapas de la perseverancia de la infección en el ratón. Algunos de los genes están involucrados en la habilidad de la Salmonella para excretar proteínas que eliminan los macrófagos durante la infección inicial, mientras que otros evolucionan para permitir a la bacteria replicarse y persistir dentro de las vacuolas de los macrófagos.


Por lo tanto, le toma a muchos genes el contribuir a la habilidad de la Salmonella para hacer su trayecto de la boca de los parches de Peyer en el epitelio del intestino delgado, y de allí a un macrófago que lo distribuirá a otros sitios. Con la tecnología disponible, podemos identificar esos genes rápidamente, pero tomará muchos años antes de que seamos capaces de determinar su función biológica exacta en las interacciones Salmonella-huésped.

Para más información:
 
Salmonella typhimurium Persists within Macrophages in the MLN of Chronically Infected Nramp1 +/+ Mice and Can Be Reactivated by IFNγ Neutralization
Denise M. Monack, Donna M. Bouley & Stanley Falkow
 
Location of Pathogenic Bacteria during Persistent Infections: Insights from an Analysis using Game Theory
Sandeepa M. Eswarappa
 
Dynamics of intracellular bacterial replication at the single cell level
Sophie Helaine et al.
 
A Mouse Model of Persistent Salmonella Infection
D. M. Monack, D. M. Bouley, I. Brodsky & S. Falkow

Is Persistent Bacterial Infection Good For Your Health
Stanley Falkow