Descubren una nueva forma de reproducción de los virus: crean una "jeringa" natural

El Centro de Investigación Cooperativa bioGUNE ha descrito por primera vez cómo el virus PRD1 emplea lípidos y proteínas que forman parte de su estructura para generar un tubo conductor de su genoma con el que penetra e infecta las células

Cada pequeño paso que logra dar la ciencia en el conocimiento sobre el modo que tienen los virus para infectar células siempre es muy valioso para los investigadores y la sociedad, dada la relevante información que puede aportar en la lucha contra las infecciones.

Sin embargo, el reciente descubrimiento llevado a cabo por el investigador Nicola Abrescia, en el Centro de Investigación Cooperativa CIC bioGUNE, realizado en colaboración con la Universidad de Helsinki, ha supuesto algo más que un pequeño paso. Por primera vez se ha descrito un nuevo mecanismo con el que los virus infectan las células. Este mecanismo implica la formación de un tubo generado con grasas y proteínas pre-existentes en la propia estructura del virus. Este estudio realizado con un sistema modelo de virus – el bacteriofago (infecta a bacterias) PRD1- abre camino para avanzar en la lucha contra infecciones bacterianas como la de E. coli o la de las Salmonella.

El descubrimiento es doblemente importante, porque el virus que han analizado es representativo de otros virus que infectan a todos los tipos de células existentes: archaea, bacteria y eucariotas. Es decir, que pueden infectar células animales, vegetales, bacterias y otros tipos de células.

Virus con vesícula lipídica

A diferencia de las bacterias, clasificadas como una familia independiente de células, los virus son estructuras acelulares que dependen de su capacidad para infectar células y transferir su material genético para garantizar su supervivencia y propagación, ya que no son capaces de reproducirse por sí mismos. Están básicamente compuestos de un genoma (ADN o ARN) y una cápsida, es decir, una estructura de proteínas que envuelve y protege ese material genético; en algunos existe una vesícula lipídica que envuelve esta cápsida y en otros casos la vesícula esta envuelta por la cápsida.

La investigación de CIC bioGUNE, en la que también han colaborado otros centros europeos, ha descubierto un nuevo fenómeno viral en que los virus con vesícula lipídica interna y en concreto el bacteriófago PRD1, representativo de esta familia de virus, inyecta su genoma a la célula para infectarla.

Este estudio ha merecido su publicación en la prestigiosa revista científica PLoS Biology, además de su inclusión entre los artículos más destacados dentro de la sección Synopsis. El equipo de investigación observó cómo el virus desarrolla una cola proteo-lipídica para crear un tubo conductor, penetrar en la célula bacteriana y transferir así su genoma para su replicación.

Conclusiones de la investigación

Una de las principales conclusiones del estudio es que el fago PRD1 emplea las proteínas de la membrana que contiene su vesícula lipídica y los mismos lípidos para ensamblar el tubo. Éste perfora la bacteria, un paso esencial para infectarla. Además, los investigadores observaron que el tubo, uno de los más pequeños que se han podido estudiar, sólo permite el paso a una hebra doble de ADN.

“El virus bacteriófago PRD1 es especial en el sentido de que no tiene una cola rígida. En su lugar, en el momento de infectar una bacteria, crea un tubo para trasferir su material genético al interior de la célula. El virus logra conformar el tubo reestructurando la cápsida icosaédrica y remodelando la vesícula interna, rica en proteínas de membrana”, afirma Abrescia.

Los investigadores lograron visualizar la estructura de este tubo y el proceso de infectar una bacteria por medio, no solo de potentes microscopios electrónicos, sino tambien de técnicas avanzadas de microscopia electrónica y de procesamiento de imagen con las que cuenta CIC bioGUNE.

Posibles antibióticos

Al interés evidente de esta investigación, por ser la primera vez que se describe el método de infección de un miembro de esta familia de virus, se añade el hecho de que el virus concreto estudiado, el PRD1, infecta a bacterias como la E. coli o la Salmonella, de modo que podría tratarse del primer paso en el desarrollo de una nueva vía de lucha contra las infecciones ocasionadas por estas bacterias.

“Si la ciencia comprende cómo este virus perfora y penetra la célula que va a infectar, potencialmente se puede pensar en recrear en el laboratorio de manera artificial tubos similares a los que genera el virus PRD1 para emplearlos como antibióticos”, concluye Abrescia.

Otro virus bacteriófago que genera la estructura de tubo

Los investigadores han descubierto una estructura en forma de tubo que se forma temporalmente en un cierto tipo de virus para entregar su ADN durante el proceso de infección, que luego se disuelve después de haber completado su trabajo.

Los investigadores descubrieron el mecanismo en el virus phiX174, que ataca a la bacteria E. coli. El virus, llamado bacteriófago porque infecta bacterias, es de una clase de virus que no contienen una sección de cola obvia para la transferencia de su ADN en las células huésped.

«Pero, he aquí que, al parecer, forma su propia cola», dice Michael Rossmann, profesor de Ciencias Biológicas de la Universidad de Purdue. «No lleva su cola mucho tiempo con él, pero cuando se trata de infectar el huésped tiene una cola.»

Los investigadores se sorprendieron al descubrir esta cola de corta duración.

«Esta estructura fue totalmente inesperada», dijo Bentley A. Fane, profesor en el Instituto BIO5 en la Universidad de Arizona. «Nadie la había visto antes, ya que emerge rápidamente y poco después desaparece, por lo que es muy efímera.»

Aunque este comportamiento no se había visto antes, otro llamado fago T7 tiene una cola corta que se hace más larga cuando es el momento de infectar al huésped, dijo el investigador asociado postdoctoral Lei Sun de Purdue, autor principal de un trabajo de investigación que aparece en la revista Nature el 15 de diciembre.

Otros autores del artículo son el técnico de investigación Lindsey N. Young de la Universidad de Arizona; el investigador asociado postdoctoral Xinzheng Zhang de Purdue y el ex investigador asociado de Purdue Sergei P. Boudko; el asistente científico investigador Andrei Fokine de Purdue, la estudiante graduada de Purdue Erica Zbornik; Aaron P. Roznowski, un estudiante de posgrado de la Universidad de Arizona; Ian Molineux, profesor de genética molecular y microbiología de la Universidad de Texas en Austin; Rossmann y Fane.

Los investigadores del instituto BIO5 mutaron el virus para que no pudiese formar el tubo. Los virus mutados fueron incapaces de infectar células huésped, dijo Fane.

La cubierta exterior del virus, o cápside, está hecha de cuatro proteínas, etiquetadas H , J , F y G. Las estructuras de todas excepto la proteína H se había determinado previamente. Los nuevos resultados muestran que la proteína H se ensambla en una estructura en forma de tubo. Las células de E. coli tienen una doble membrana, y los investigadores descubrieron que los dos extremos del tubo de proteína H del virus se unen a las membranas interior y exterior de la célula huésped.




Las imágenes creadas con una técnica llamada tomografía criomicroscopía electrónica muestran estos datos adicionales. Se demostró que el tubo de proteína H consta de 10 moléculas «alfa-helicoidales», en espiral una alrededor de la otra. Los resultados también mostraron que el interior del tubo contiene un revestimiento de aminoácidos que podría ser ideal para la transferencia de ADN en el huésped.

«Esto puede ser una propiedad general que se encuentre en los conductos de ADN viral y podría ser crítica para una eficiente translocación del genoma en el huésped», dijo Rossmann .

Al igual que muchos otros virus , la forma de la cápside de phiX174 tiene simetría icosaédrica, una forma aproximadamente esférica que contiene 20 caras triangulares.

La investigación ha sido financiada por la Fundación Nacional de Ciencias, Departamento de Energía de EE.UU. y el Departamento de Agricultura de EE.UU.

Fuente: Basque Research y EurekAlert. Aportado por Eduardo J. Carletti

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