Estudio revela 45 nuevas toxinas producidas por bacterias asociadas a infecciones alimentarias

Las búsquedas se realizaron con herramientas computacionales que analizaron el material genético de 6.165 muestras de 149 tipos diferentes de la subespecie Salmonella enterica

Agência FAPESP* – Investigadores de la Universidad de São Paulo (USP), en Brasil, descubrieron 45 nuevas toxinas producidas por bacterias del género Salmonella, que alberga especies asociadas a infecciones alimentarias. El trabajo, realizado en el Centro de Investigación en Biología de Bacterias y Bacteriófagos (CEPID B3) y publicado en la revista PLOS Biology, muestra que estas sustancias actúan principalmente en la competencia entre microorganismos por espacio y recursos, e indica que podrían, en el futuro, inspirar el desarrollo de nuevos antibióticos, estudios más profundos en humanos y aplicaciones biotecnológicas.

El B3 es uno de los Centros de Investigación, Innovación y Difusión (CEPID, por sus siglas en portugués) apoyados por la FAPESP.

Para investigar el arsenal microscópico utilizado por el patógeno, el equipo analizó datos genéticos de Salmonella y su Sistema de Secreción Tipo VI (T6SS), un sistema con forma de lanza utilizado por la bacteria para inyectar efectores —moléculas, como las toxinas, que interfieren en el funcionamiento de otras células— en el ambiente o directamente en microorganismos competidores. Las búsquedas se realizaron con herramientas computacionales que analizaron el material genético de 6.165 muestras de 149 tipos diferentes (serovares) de la subespecie Salmonella enterica, lo que permitió identificar posibles toxinas, comparar secuencias entre diferentes bacterias e inferir sus funciones a partir de similitudes con proteínas ya conocidas.

En total, se identificaron 128 tipos de toxinas, de las cuales 45 son muy diferentes de toxinas conocidas o nunca habían sido descritas por la ciencia. “Este resultado implica que la diversidad en el mundo de toxinas y antitoxinas bacterianas es muy alta, con nuevas variedades surgiendo o divergiendo radicalmente de variantes emparentadas ya conocidas”, explica Robson Francisco de Souza, líder del grupo de bioinformática del Laboratorio de Estructura y Evolución de Proteínas de la USP, investigador del CEPID B3 y uno de los autores del estudio.

Las moléculas identificadas pueden actuar de diferentes maneras: algunas están dirigidas a la competencia contra otras bacterias, mientras que otras tienen potencial para afectar células eucariotas de hongos, levaduras, algas e incluso mamíferos. “Es posible que algunas de ellas tengan un papel directo en las infecciones humanas, pero, para confirmar esta hipótesis, sería necesario verificar qué linaje porta los genes dirigidos contra eucariotas y evaluar experimentalmente su efecto en células y en la infección”, señala el investigador.

El escenario de diversidad también se refleja en la distribución de los efectores descubiertos entre los diferentes grupos de Salmonella. El artículo muestra que cada uno de estos grupos presenta una combinación propia de moléculas secretadas por el T6SS. Esto indica que la bacteria selecciona y mantiene efectores específicos de acuerdo con las presiones del ambiente en el que vive. “La evolución de estos sistemas y esta diversidad son estimuladas tanto por la recombinación de genes, que ocurre con frecuencia para generar y activar nuevas toxinas, como por la selección natural que, en un escenario de conflicto biológico, impulsa una carrera armamentista entre las bacterias”, afirma Souza.

Los datos también indican que subgrupos de Salmonella recolectados en ambientes naturales tienden a presentar un mayor número de efectores que aquellos provenientes de pacientes, lo que sugiere que la diversidad de toxinas aumenta en contextos con una mayor variedad de competidores. “Esto ocurre porque, a medida que surgen nuevos desafíos y adversarios, el microorganismo necesita desarrollar nuevas herramientas para sobresalir en estas disputas por recursos”, explica el investigador.

Según Souza, los hallazgos deberían contribuir a la comprensión de las estrategias de competencia bacteriana y abrir camino a nuevas aplicaciones clínicas y biotecnológicas. “Incluso podríamos tener aplicaciones que aún ni siquiera podemos anticipar”, prevé. “Creemos en ello porque, por ejemplo, algunos de nuestros trabajos anteriores ya demostraron que proteínas importantes en eucariotas tuvieron origen en toxinas bacterianas”, añade, destacando el potencial de estos compuestos en diferentes contextos biológicos.

Souza subraya que el campo está aún lejos de agotarse. “Bacterias como Salmonella, Acinetobacter y otros organismos todavía ofrecen oportunidades para comprender el papel de estas toxinas en las interacciones ecológicas”, afirma. “Seguimos invirtiendo en el desarrollo de software y pipelines para automatizar este tipo de análisis y ampliar la investigación hacia nuevos linajes, como arqueas y bacterias menos conocidas, que representan aún más oportunidades para este tipo de descubrimiento”, concluye.

El artículo Systematic identification of Salmonella T6SS effectors uncovers diverse new families and lipid-targeting activities puede leerse en: journals.plos.org/plosbiology/article?id=10.1371/journal.pbio.3003680.

* Con información de Bianca Bosso, del CEPID B3