Encontrar nuevas armas en los campos de batalla de la naturaleza
Los estudios genómicos abren un abanico de pequeñas moléculas bioactivas en las bacterias que matan insectos
Las interacciones entre los microbios y otros organismos están mediadas por una plétora de pequeñas moléculas, también llamadas productos naturales. Un equipo de investigación dirigido por el Dr. Yi-Ming Shi y el Prof. Helge Bode, del Instituto Max Planck de Microbiología Terrestre, ha realizado ahora un análisis sistemático de la "materia oscura" biosintética y las funciones biológicas, creando así una base sólida para el futuro descubrimiento y perfeccionamiento de los productos naturales.
Ciclo vital del complejo bacteria-nematodo entomopatógeno y enfoque pangenómico utilizado en este estudio. Las bacterias de los géneros Photorhabdus y Xenorhabdus viven como simbiontes en los intestinos de los nematodos del suelo de los géneros Heterorhabditis y Steinernema. Los nematodos infectan a las larvas de los insectos en las que inyectan las bacterias. Las bacterias, a su vez, matan a las larvas de los insectos, que se convierten en una fuente de alimento tanto para las bacterias como para los nematodos. A pesar de su complejidad, este sistema modelo tripartito puede estudiarse en el laboratorio en varias subcombinaciones y en todas las fases de la vida.
© Max Planck Institute for Terrestrial Microbiology/Shi
Cuando las bacterias interactúan con otros organismos, interviene una miríada de productos naturales bacterianos. En la mayoría de los casos, no es posible rastrear qué cepa bacteriana produce qué sustancia natural y qué propiedades tiene. Así, productos como la colibactina de las bacterias intestinales humanas implicadas en el desarrollo del cáncer siguen siendo la excepción y no la regla.
Bacterias patógenas de los insectos: Modelos de investigación con gran potencial
Xenorhabdus y Photorhabdus viven en simbiosis con nematodos específicos. Juntos, infectan y matan a las larvas de los insectos que viven en el suelo. En esta relación, las bacterias son responsables de la producción de numerosas toxinas y otras sustancias mediadoras de la interacción. Al mismo tiempo, pueden cultivarse y manipularse genéticamente en el laboratorio en ausencia de su huésped nematodo. Por ello, se consideran modelos de investigación prometedores para estudiar la ecología química de los productos naturales bacterianos.
Ahora, por primera vez, se han estudiado sistemáticamente las bacterias en una combinación de análisis pangenómico y de similitud de secuencias de dominios con respecto a dos preguntas centrales: ¿qué grupos de genes son responsables de la producción de productos naturales, y se conservan evolutivamente o son exclusivos de estos géneros bacterianos?
Se descubren numerosos grupos de genes biosintéticos desconocidos
Los investigadores dirigidos por el Dr. Yi-Ming Shi y el Prof. Dr. Helge Bode identificaron 1.000 grupos de genes biosintéticos, de los cuales más de la mitad eran desconocidos. Utilizando la expresión homóloga y el análisis de la estructura química, el equipo de investigación descubrió un verdadero tesoro bioquímico. Pero, ¿en qué se beneficia el huésped nematodo de estas sustancias bacterianas?
"Nuestra evaluación de la bioactividad demuestra que los compuestos predominantes son inhibidores del proteasoma eucariótico que presumiblemente suprimen el sistema inmunitario de los insectos, pero también identificamos otros factores de virulencia contra los insectos o supresores del sistema inmunitario de los mismos. Así, nuestros hallazgos dan cuenta de la base funcional molecular de estos productos naturales bacterianos", afirma Yi-Ming Shi, primera autora de la publicación y encargada de la correspondencia. "Entre los nuevos descubrimientos, muchos productos naturales destacan no sólo por sus inusuales características químicas estructurales y modos de acción, sino también por su prevalencia en diferentes taxones de bacterias. Esto implica posibles armas químicas universales en las bacterias".
Bacterias con capacidades especiales para producir sustancias naturales
La identificación y caracterización funcional, realizadas en colaboración con el profesor Yonggyun Kim, de la Universidad Nacional de Andong (Corea), el profesor Michael Groll, de la Universidad Técnica de Múnich, y el profesor Rolf Müller, del Instituto Helmholtz de Investigación Farmacéutica del Sarre, revelaron cómo las bacterias orquestan la interacción de los productos naturales para mantener su estilo de vida simbiótico, al tiempo que señalaron las enormes capacidades del género Xenorhabdus, en particular, para producir nuevos productos naturales para la obtención de fármacos. Sin embargo, este trabajo también sienta importantes bases para acelerar significativamente el descubrimiento y el perfeccionamiento de productos naturales en microbiomas de otros nichos.
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
Publicación original
Shi, Y.-M.; Hirschmann, M.; Shi, Y-N.; Ahmed, S.; Abebew, D.; Tobias, N.J.; Grün, P.; Crames, J.P.; Pöschel, L.; Kuttenlochner, W.; Richter, C.; Herrmann, J.; Müller, R.; Thanwisai, A; Pidot, S. J.; Stinear, T. P.; Groll, M.; Kim, Y.; Bode, H. B.; Global analysis of biosynthetic gene clusters reveals conserved and unique natural products in entomopathogenic nematode-symbiotic bacteria; Nature Chemistry 14 (2022)
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