Un estudio exhaustivo de datos genómicos, llevado a cabo por dos equipos de investigación, ha revelado más de 44.000 sistemas antivirales potenciales en bacterias, una cifra que triplica los registros previos y abre nuevas oportunidades en el ámbito biotecnológico. La revista científica Nature destacó este hallazgo, que tiene el potencial de cambiar radicalmente la forma en que entendemos la inmunidad bacteriana.
Los estudios, publicados en la revista Science, indican que la mayoría de estos sistemas antivirales no habían sido vinculados anteriormente con las defensas naturales de las bacterias. Esto significa que se está redefiniendo el conocimiento que se tiene sobre cómo estos microorganismos se protegen de virus y otros agentes patógenos. Este descubrimiento no solo amplía nuestro entendimiento de la biología bacteriana, sino que también puede tener aplicaciones significativas en el desarrollo de nuevas terapias antimicrobianas.
Una parte fundamental de este trabajo es la creación de una base de datos abierta llamada DefenseFinder, liderada por la microbióloga Aude Bernheim en el Instituto Pasteur de París. Esta plataforma ofrece acceso libre a más de 44.000 sistemas antivirales predichos, además de un amplio conjunto de proteínas candidatas. La disponibilidad de esta información podría facilitar la investigación y el desarrollo de nuevas herramientas biotecnológicas que ayuden a combatir enfermedades infecciosas.
Por otro lado, el equipo del profesor Michael Laub del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) ha desarrollado DefensePredictor, un software que permite predecir la presencia de genes de defensa en diferentes cepas bacterianas. Este programa se basa en el análisis de 17.000 genomas bacterianos y proporciona una valiosa herramienta para investigadores que buscan comprender mejor la capacidad de las bacterias para defenderse de virus y otros patógenos.
La investigación de Bernheim validó experimentalmente la existencia de 12 sistemas antivirales en dos especies de bacterias: Escherichia coli y Streptomyces albus. Simultáneamente, el equipo de Laub confirmó la actividad antiviral en 42 sistemas en cepas de E. coli, lo que resalta la efectividad de sus métodos de análisis. Este enfoque experimental es crucial para respaldar las predicciones teóricas y demostrar la relevancia de los sistemas antivirales identificados.
Históricamente, se consideraba que las bacterias contaban con aproximadamente 250 proteínas inmunitarias, siendo las más conocidas el sistema CRISPR-Cas9 y las endonucleasas de restricción. Sin embargo, los nuevos hallazgos sugieren que, en promedio, el 1,5% de los genes en bacterias se asocian a funciones antivirales, un porcentaje que supera por tres veces los datos previamente aceptados. Además, más del 85% de las familias de proteínas identificadas nunca habían sido relacionadas con funciones inmunitarias hasta este momento.
Para llevar a cabo esta investigación, Bernheim utilizó modelos de aprendizaje profundo que analizan secuencias de proteínas y datos genómicos, aplicando técnicas de inteligencia artificial para identificar patrones complejos en grandes volúmenes de información biológica. Esto, junto al uso del algoritmo DefensePredictor en 69 cepas diferentes de E. coli, permitió identificar un total de 624 proteínas implicadas en las defensas bacterianas, de las cuales más de 100 no habían sido asociadas a funciones inmunitarias antes. Los ensayos en laboratorio confirmaron la actividad antiviral en 42 de estos casos, resaltando el potencial de estas nuevas líneas de investigación en el campo de la biotecnología.
La investigación marca un hito en la comprensión de la biología bacteriana y pone de manifiesto la riqueza de los sistemas de defensa que poseen estos microorganismos. A medida que se avanza en el estudio de estos sistemas antivirales, se abre la puerta a nuevas estrategias para el desarrollo de tratamientos antimicrobianos más efectivos, lo que podría ser fundamental en la lucha contra enfermedades infecciosas en el futuro.
