Investigadores de la Facultad de Medicina de la Universidad Autónoma de Madrid (UAM) han revelado que las pipolinas, elementos genéticos móviles presentes en bacterias, contienen numerosos sistemas de defensa contra bacteriófagos
Las bacterias han desarrollado sistemas de defensa complejos para sobrevivir en entornos adversos, donde una de las principales amenazas son los bacteriófagos, virus que infectan y destruyen a las bacterias. Los elementos genéticos móviles (Mobile Genetic Elements, MGEs) son fragmentos de ADN que se desplazan dentro o entre genomas, desempeñando un papel fundamental en la transferencia de sistemas de defensa entre bacterias. Además, estos elementos permiten la propagación de genes clave para la supervivencia, como los relacionados con la resistencia a antibióticos, metales pesados o factores de virulencia.
Entre la diversidad de MGEs, el grupo de Facultad de Medicina de la Universidad Autónoma de Madrid (UAM) dirigido por Modesto Redrejo Rodríguez descubrió en 2017 las "pipolinas". Estas se diferencian de otros elementos genéticos móviles por codificar una ADN polimerasa, llamada piPolB, que permite la replicación del ADN sin necesidad de un ARN iniciador o una proteína terminal.
En estudios anteriores, el grupo había demostrado que las pipolinas tienen un contenido genético altamente variable, principalmente relacionado con la movilización y el metabolismo del ADN. Pero sorprendentemente no encontraron genes de resistencia a antibióticos ni factores de virulencia asociados a estas estructuras, lo que dejaba incierto su papel biológico, ya que no se conocía qué ventaja selectiva podían aportar a su hospedador.
Esquema representativo de la estructura y función de las pipolinas como reservorio de sistemas de defensa bacteriano. Se representa en el centro una pipolina modelo, que contiene diversos genes implicados en defensa contra bacteriófagos y que se intercambian activamente con diversos tipos de elementos genéticos móviles, como plásmidos (parte superior) o elementos genéticos integrativos (esquema inferior).
Ahora, en una investigación reciente liderada por Víctor Mateo Cáceres, investigador predoctoral del programa FPI-UAM, se analizaron más de 1,1 millones de genomas bacterianos y se identificaron más de 11.000 pipolinas, encontrándolas por primera vez en especies patógenas bien conocidas, como Salmonella enterica, Vibrio cholerae y Staphylococcus aureus.
Mecanismos de defensa en las pipolinas
El análisis de los genes codificados en estos MGEs reveló a los investigadores que las pipolinas contienen, en promedio, más genes de defensa contra bacteriófagos que otros MGEs, como los plásmidos, los elementos integrativos conjugativos o los virus satélites.
Entre los mecanismos de defensa presentes en las pipolinas, destacan los sistemas de restricción-modificación y las helicasas, pero los investigadores también encontraron una gran variedad de sistemas caracterizados en los últimos años.
“En contraste, observamos una ausencia relativa de genes de resistencia a antibióticos, factores de virulencia u otros genes que aporten diferentes ventajas adaptativas. Esto es sorprendente puesto que los MGEs no tienen a priori por qué especializarse en llevar un determinado tipo de genes ventajosos. En cualquier caso, esta observación sugiere que un posible rol biológico de las pipolinas es participar en la protección bacteriana frente a virus u otros MGEs que intenten entrar en la bacteria”, afirma Redrejo Rodríguez.
El estudio, publicado en Nucleic Acids Research, también reveló que muchos sistemas de defensa contenidos en las pipolinas, especialmente en enterobacterias, han sido intercambiados recientemente con plásmidos y otros elementos conjugativos. “Esto sugiere que las pipolinas no actúan de forma aislada, sino que participan activamente en la red global de MGEs que gestiona el repertorio de sistemas de defensa y facilita su transferencia a otras bacterias”, agrega Mateo Cáceres.
En suma, el estudio asigna un papel biológico a esta familia de MGEs, que hasta ahora carecía de una función clara. “La capacidad de intercambiar sistemas de defensa con otros elementos genéticos refuerza la importancia de las pipolinas en los mecanismos de transferencia genética, permitiendo a las bacterias adaptarse con rapidez. Este conocimiento es clave para entender la evolución bacteriana y podría tener implicaciones futuras en el desarrollo de nuevas terapias antimicrobianas basadas en bacteriófagos”, concluye Redrejo Rodríguez.
Referencia bibliográfica: Víctor Mateo-Cáceres, Modesto Redrejo-Rodríguez. “Pipolins are bimodular platforms that maintain a reservoir of defense systems exchangeable with various bacterial genetic mobile elements”, Nucleic Acids Research, 2024; gkae891, DOI: https://doi.org/10.1093/nar/gkae891
