Bacterias nos ofrecen un arma contra el VIH

Le debemos mucho a las bacterias…

Puede que algunas sean responsables de millones de muertes en el mundo (la peste, la tuberculosis, el cólera, entre otras), pero los beneficios que han traído a la humanidad superan con creces a sus perjuicios. Gracias a ellas digerimos adecuadamente los alimentos y tenemos antibióticos para curar nuestras infecciones. Además, capturan el nitrógeno que requieren nuestros cultivos y descomponen y reciclan los desechos orgánicos. La vida no sería la misma sin ellas.

Las bacterias también se enferman. Son atacadas por virus al igual que nosotros, aunque casi siempre con consecuencias fatales.

—¡Pobres!— dirás.

Bacteria atacada por bacteriófagos. Fuente: Environmental Health Perspectives.

Pero no sientan pena, amiguitos. Ellas llevan en la Tierra más tiempo del que te puedas imaginar. Nosotros, como especie humana, tenemos algo más de dos millones de años de existencia. Las bacterias, en cambio, han poblado nuestro planeta desde hace más de 3.500 millones de años. Han sobrevivido a todas las extinciones masivas y seguirán existiendo hasta el día en que el Sol se convierta en  una gigante roja y acabe con este punto azul pálido, dentro de unos 5.000 millones de años.

A pesar de ser organismos muy simples, las bacterias han evolucionado un ingenioso sistema de defensa contra los virus. Se llama CRISPR-Cas (de nada servirá que te diga lo que significan estas siglas, solo recuerda que parece el nombre de una galleta). Y ¿en qué consiste? Para entenderlo, primero explicaremos cómo infectan los virus, ya sea a nuestras células o a las bacterias. El mecanismo es similar.

Los virus no son más que un poquito de ADN o ARN (su material genético) envuelto por una cubierta protectora que posee unos receptores que identifican, de manera específica, a las células que van a infectar. Algunos se pegarán como lapas a las células del hígado (el virus de la hepatitis), otros a las células pulmonares (los virus de la gripe) y otros a las células que nos defienden de las infecciones (el virus de inmunodeficiencia humana – VIH); para luego introducir su material genético e integrarlo en el ADN de la desafortunada víctima (provirus). A partir de este punto, la suerte está echada. El virus toma el control de la célula y le ordena fabricar miles de copias de sí mismo. Finalmente, activa el botón autodestrucción (lisis) y la célula explota liberando miles de partículas virales que infectarán a otras células.

El sistema CRISPR-Cas está formado por dos componentes: una enzima capaz de cortar el material genético (la nucleasa Cas) y unas pequeñas secuencias de ADN agrupadas (CRISPR) que al expresarse guían la acción de esta nucleasa. Pero, hay algo más. Las secuencias CRISPR son complementarias a porciones del genoma de los virus. Entonces, cuando éste infecta a una bacteria, se activa la expresión de CRISPR y genera secuencias de ARN guías que llevan a las nucleasas directamente hacia el material genético invasor para que lo corte y elimine. De esta manera, las bacterias evitan que el ADN o ARN viral se integre en su genoma y tome el control de su vida.

Tal vez estés pensando lo hermoso que sería que nosotros tuviéramos un mecanismo de defensa similar. Pues, te cuento que un grupo de investigadores estadounidenses, bajo la dirección del Dr. Juan Carlos Izpisua del Instituto Salk de Estudios Biológicos, han incorporado el sistema CRISPR-Cas en cultivos de células humanas, volviéndolas resistentes a la infección por el VIH. Los resultados fueron publicados la semana pasada en Nature Communications.

Lo que hicieron Izpisua y su equipo fue diseñar moléculas de ARN guías complementarios a diferentes secuencias del genoma del VIH, que fueron introducidas junto a las nucleasas Cas9 dentro de las células humanas. Luego, expusieron los cultivos celulares al VIH con genes de fluorescencia verde y observaron el proceso de infección a través del brillo que emitían (a mayor brillo, mayor infección).

Los resultados fueron muy alentadores. Sólo miren la siguiente imagen:

Fuente: Liao et al. (2015) Nature Communications.

La imagen de la izquierda son células con Cas9 pero sin el ARN guía (gEmpty), por lo tanto, están infectadas. La imagen del centro son células con Cas9 y un ARN guía que no es específico para el VIH (gMock); así que también están infectadas. Y la imagen de la derecha corresponde a células con Cas9 y el ARN guía específico del VIH (gEFGP-T1). No hay fluorescencia, lo que significa que las células se protegen de la infección viral.

Pero hubo un hallazgo mucho más interesante. El sistema CRISPR-Cas9 también podía rescatar a las células que ya tenían el material genético del VIH introducido en su genoma, tal como se aprecia en la siguiente imagen:

Fuente: Liao et al. (2015) Nature Communications. La imagen de la derecha muestra las células infectadas por el VIH pero tratadas con el ARN guía específico (gEGFP-T1) con la nucleasa Cas9. La fluorescencia se reduce considerablemente.

Aquí un gráfico que resume todo el proceso:

Acción del sistema CRIPSR-Cas9 en las células. El material genético viral es detectado y eliminado una vez entra en la célula (1); pero también puede eliminar el ADN viral una vez que se ha integrado en el genoma de la célula (2), evitando que la convierta en una fábrica de virus. El VIH pertenece al grupo de los lentivirus. Fuente: Liao et al. (2015) Nature Communications.

Este trabajo demuestra que el sistema inmune bacteriano puede ser adaptado a las células humanas y funcionar como una novedosa herramienta para controlar las infecciones virales, especialmente, una tan difícil de eliminar como lo es el VIH. Tal vez, en un futuro no muy lejano, veremos en el mercado cápsulas que contengan sistemas CRISPR-Cas9 diseñados específicamente para tratar distintas infecciones virales.

Referencia:

Liao, HK et al. Use of the CRISPR/Cas9 system as an intracellular defense against HIV-1 infection in human cells Nature Communications DOI: 10.1038/ncomms7413 (2015).

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