Investigadores de la Universidad de Copenhague, liderados por el español Guillermo Montoya, han descifrado las claves de cómo se defienden las bacterias de atacantes externos como virus u otras bacterias. También han descrito el modo en que estas defensas CRISPR pueden ser activadas en un momento preciso. El hallazgo podría ayudar a diseñar estrategias para combatir enfermedades en el futuro.

El equipo del biólogo molecular Guillermo Montoya en la Novo Nordisk Foundation Center for Protein Research, en la Universidad de Copenhague, ha mapeado por primera vez los mecanismos que usan las células bacterianas para defenderse de ataques de virus u otras bacterias con las tijeras moleculares CRISPR. Para lograrlo, han empleado un criomicroscopio electrónico de última generación y fuentes de radiación sincrotrón. Los resultados se han publicado en la revista Nature Communications.

Los investigadores han podido ver el momento exacto en el que CSX1 comienza a trocear al invasor con las tijeras moleculares

El trabajo también describe la forma en la que estas defensas pueden ser activadas en el momento preciso. En concreto, los investigadores han mostrado cómo una célula bacteriana atacada por un virus activa una molécula llamada COA (oligoadenilato cíclico), que, a su vez, activa un complejo de proteínas CRISPR Cas, denominado CSX1, para erradicar al atacante.

Rafael Molina, primer firmante del trabajo, comenta que en este estudio han ?podido ver el momento exacto en el que CSX1 comienza a trocear al invasor con las tijeras moleculares. Además, hemos sido capaces de activar este proceso biológico de forma exitosa?, destaca el investigador español.

?Para resumir, hemos caracterizado el funcionamiento del interruptor que enciende el sistema de defensa de las células bacterianas. Ahora, sabemos cómo activar estas defensas y así impedir posibles ataques?, dice Montoya. Este descubrimiento, añade ?puede resultar de gran importancia en la lucha contra enfermedades en el futuro?.

 Un sistema inmunitario semejante al humano
Es la primera vez que investigadores han sido capaces de mapear y activar un sistema inmunitario bacteriano. Según Montoya, ?hace unos años, la ciencia ni siquiera sabía que las bacterias tenían algún tipo de sistema de defensa inmunitaria?. Algo que fue descubierto por el microbiólogo alicantino Francisco M. Mojica.

Es la primera vez que logran mapear y activar un istema inmunitario bacteriano

El nuevo hallazgo, anunciado ahora en Nature Communications, permite ?avanzar más en la comprensión de estos mecanismos?, destaca Montoya. En su opinión, el nuevo descubrimiento ?es emocionante porque hemos visto que el sistema de defensa en bacterias se asemeja, en muchos aspectos, al sistema inmunitario innato humano?.

Por lo tanto, ?es un nuevo paso en el camino para comprender mejor nuestro sistema inmunitario. También nos podría ayudar a diseñar nuevas estrategias para combatir a las bacterias y virus e incluso, a la larga, podría ser de utilidad para hallar vías frente a la resistencia múltiple?, destaca el investigador.

Moléculas minúsculas y enormes lupas 

Los nuevos detalles del sistema de defensa bacteriano desvelados por parte del equipo de Montoya han sido posibles gracias al uso de cristalografía de rayos X en los sincrotrones Swiss Light Source, en Suiza, y MAX IV, en Suecia. Estos aparatos pueden describirse como enormes lupas que brindan a los científicos la oportunidad de ver los detalles a escala molecular o incluso atómica.

La imagen del complejo de proteínas CSX1 fue obtenida con un avanzado microscopio electrónico criogénico de las instalaciones CryoEM de alta tecnología de la Universidad de Copenhague.

CSX1 tiene aproximadamente 0.00005 mm de largo. ?Esto equivale a cortar un milímetro en 10 000 rebanadas y luego colocar cinco piezas una encima de la otra. Hemos tomado las fotos una por una y hemos hecho un cortometraje que revela la actividad dentro de CSX1?, dice Montoya.

enero 18/2020 (SINC)

Un estudio en la Fundación Instituto Leloir (FIL) ilumina los fundamentos químicos y biofísicos de la protección del material genético del virus sincicial respiratorio, lo que podría ser vital en el futuro para desarrollar terapias específicas.

El genoma del virus respiratorio sincicial (VRS), responsable de bronquiolitis en bebés y niños y de enfermedades respiratorias de importancia económica en el ganado, está protegido por estructuras diminutas o nanoestructuras denominadas ?nucleocápsides?, que previenen su degradación durante la entrada y replicación en células de pacientes o animales infectados.

?Las nucleocápsides de los virus de la familia Mononegavirales, que, además del VRS, incluye patógenos como los virus del sarampión, las paperas, el Ébola y la rabia, son estructuras helicoidales precisamente definidas que sirven como molde para la copia y expresión de sus genes?, explica Gonzalo de Prat Gay, jefe del Laboratorio de Estructura-Función e Ingeniería de Proteínas en la FIL e investigador del Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas (CONICET).

Con el fin de analizar los mecanismos detrás de la estabilidad de las nucleocápsides, Damián Álvarez Paggi y otros investigadores del grupo liderado por Prat Gay utilizaron técnicas biofísicas, perturbaciones químicas y microscopía electrónica. Para no trabajar con virus vivos, realizaron los experimentos con proteínas del virus producidas por técnicas de ingeniería genética.

Los científicos hallaron que la estabilidad de esas estructuras es ?extrema?. ?Soportan condiciones químicas en las cuales la mayoría de las proteínas son desarmadas?, señala Prat Gay, para quien esa propiedad se atribuye al menos en parte a que el ácido ribonucleico (ARN) está unido fuertemente en regiones consecutivas del genoma, ?donde estabilidad y protección están íntimamente entrelazadas?.

Los resultados del trabajo fueron publicados en el  Archives of Biochemistry and Biophysics, de la editorial Elsevier.

 Lo interesante, afirma Álvarez Paggi, es que las nanoestructuras que forman las nucleocápsides deben ser desarmadas para que opere la maquinaria de replicación del virus, por lo que ?existe un fino balance entre protección versus accesibilidad del genoma?. La intimidad de ese mecanismo está en estudio, añade.

En la actualidad, no existe en el mercado una vacuna efectiva ni drogas que frenen la replicación del VRS. En este contexto, el estudio de la interacción específica de ciertas proteínas con la nucleocápside puede constituir un objetivo para el diseño racional de antivirales, indica Prat Gay.

Por otra parte, tanto la estabilidad de las nanoestructuras de la nucleocápside como su gran tamaño la posicionan como posible generador de una fuerte respuesta inmunológica, por lo que podrían inspirar el desarrollo de vacunas o incluso inmunoterapias, expresa Prat Gay.

El investigador añade que otros patógenos de difícil manipulación experimental ?muestran este tipo de estructuras como mecanismo de protección de su genoma e interactúan con otras proteínas del virus?, por lo cual estos resultados y posibles aplicaciones podrían extenderse a otras enfermedades virales humanas y veterinarias.

Las aplicaciones de estos resultados se encuentran disponibles para su uso industrial, lo cual es uno de los objetivos de este y otros laboratorios de la FIL.

Del avance también participaron Sebastián Esperante, Gabriela Camporeale y Mariano Salgueiro, de la FIL y del CONICET; y Guilherme de Oliveira, de la Universidad Federal de Rio de Janeiro, en Brasil, y de la Universidad de Virginia, en Estados Unidos.

enero 18/2020 (Dicyt)

Investigadores lograron crear un sistema de producción masiva de proteínas que permiten reconocer en poco tiempo a los patógenos en muestras de suero. Y que también podrían ser la base de vacunas.

Los virus de la encefalitis de Saint Louis (SLEV) y West Nile (WNV) se encuentran entre los agentes infecciosos que causan enfermedades emergentes transmitidas por mosquitos a humanos de mayor importancia a escala global. Y ya han sido detectadas en Argentina.

Ambas causan fiebre, dolores de cabeza, náuseas, infección en el sistema nervioso central y, en algunos casos, coma y muerte si no se tratan de manera oportuna. Y están causados por virus del mismo género.

Ahora, investigadores de la Universidad Nacional de Quilmes (UNQ) realizaron un avance que sienta bases para el desarrollo de pruebas de diagnóstico específicas para los virus SLEV, de la encefalitis de Saint Louis, y el WNV, del Nilo Occidental. ?El principal motivo de la necesidad de contar con un diagnóstico específico para cada agente viral es poder tener un conocimiento preciso de la casuística en la región, dado que tienen diferencias en su patogenicidad y en los cuadros clínicos que producen?, afirmó la doctora Sandra Goñi, responsable del estudio y directora del Laboratorio de Virus Emergentes (LVE) del Instituto de Microbiología Básica y Aplicada (IMBA), que depende de la UNQ.

En 2005 se registró por primera vez en Argentina un brote de la encefalitis de San Luis, que produjo 47 casos registrados en la ciudad de Córdoba, con 9 víctimas fatales. Los diagnósticos sirven no solo para elegir el tratamiento más adecuado para el paciente, sino también para realizar estudios epidemiológicos, indicó Goñi, también investigadora del Departamento de Ciencia y Tecnología (DCYT) en la UNQ. El brote en Córdoba marcó un hito en la epidemiología de este virus, ya que fue el primero en registrarse fuera de Estados Unidos desde que se aisló en St. Louis, Missouri, en 1933.

Tal como describe la revista Protein Expression and Purification, Goñi y sus colegas lograron crear un sistema para producir de manera eficiente y de bajo costo una gran cantidad de proteínas NS1, presentes en ambos virus. Esas proteínas se usan para que ?pesquen? a los anticuerpos que puedan haber originado las personas que estuvieron realmente infectadas con esos virus. ?O sea, detecta la respuesta inmune que el paciente puso en marcha para defenderse del virus?, explicó Goñi.

Mediante técnicas de ingeniería genética, los investigadores lograron multiplicar el volumen de proteínas NS1 expresándolas en bacterias Escherichia coli y luego las purificaron. En un siguiente paso, comprobaron que sueros humanos de casos positivos de SLEV y WNV mostraron reactividad frente a las proteínas NS1 generadas o recombinantes, lo cual habilita la posibilidad de usarlas en la detección de ambas infecciones.

Los científicos también demostraron que las proteínas producidas lograron generar una respuesta inmune en ratones que puede ?discernir? entre el virus SLEV y el WNV, lo cual reafirma lo observado previamente con sueros humanos. Debido a que los ciclos virales en cada país o región pueden tener diferencias, estos métodos inmunológicos con proteínas recombinantes pueden emplearse para monitorear la presencia de estos virus en diferentes hospedadores, indicó Goñi

Del avance también participaron María Soledad Collado, Marcelo Argüelles, Rosana Rota y Mario Lozano, de la UNQ; y Lorena Spinsanti, del Instituto de Virología ?Dr. J. M. Vanella?, que depende de la Facultad de Ciencias Médicas de la Universidad Nacional de Córdoba.

enero 18/2020 (Dicyt)

Un grupo de científicos del Centro de Terapia Celular, que cuenta con el apoyo de la Fundación de Apoyo a la Investigación del Estado de São Paulo (FAPESP), identificó un micro-ARN que cuando aparece sobreexpresado disminuye el tamaño de los tumores y bloquea el proceso de metástasis.

Científicos de Brasil y de Estados Unidos describieron en la revista Cancer Research, una molécula con potencial para combatir el cáncer de ovario y bloquear el proceso de metástasis de las células tumorales.

Esta pequeña molécula de ARN, conocida como miR-450a, generalmente aparece poco expresada en los tumores. Pero pruebas in vitro y en ratones demostraron que, cuando se encuentra sobreexpresada, puede tener efectos positivos en el tratamiento de la enfermedad, al silenciar la expresión de genes implicados en la migración celular y en el metabolismo energético del tumor.

Este estudio se realizó en el Centro de Terapia Celular (CTC), un Centro de Investigación, Innovación y Difusión (CEPID) financiado por la FAPESP y con sede en la Universidad de São Paulo (USP), en su campus de la localidad de Ribeirão Preto, en Brasil. Y contó con la colaboración de Markus Hafner, docente del Laboratory of Muscle Sten Cells and gen Regulation, del National Institutes of Health (NIH), de Estados Unidos.

Se trata de una molécula prometedora. En el futuro, mediante el empleo de la nanotecnología, podremos desarrollar estrategias terapéuticas contra el cáncer de ovario, dijo Wilson Araújo da Silva Junior, investigador del CTC y coordinador del estudio.

Debido a que inicialmente es asintomático, se tiende a detectar la existencia del cáncer de ovario cuando el mismo ya se encuentra en un estadio avanzado. En la actualidad, la principal arma para su tratamiento es la cirugía. La molécula miR-450a, asociada o no a la quimioterapia, puede contribuir como una terapia neoadyuvante [un tratamiento prequirúrgico] y elevar las tasas de respuesta preoperatorias. En tanto, en casos más avanzados, es posible que disminuya con ella el riesgo de progresión o de muerte causada por la enfermedad, con efectos colaterales posiblemente menores que los de la quimioterapia. Otro punto interesante de esta molécula es su capacidad de bloquear el proceso de metástasis, declaró Araújo da Silva Junior.

Un corte de energía

Los llamados micro-ARNs, como el miR450a, son pequeñas moléculas de ARN que no codifican proteínas, pero que desempeñan una función reguladora en el genoma y, por consiguiente, en diversos procesos intracelulares. La estrategia de actuación de estas moléculas consiste en unirse al ARN mensajero expresado por un gen e impedir su traducción en proteína.

Las pruebas in vitro e in vivo realizadas en el Centro de Terapia Celular, como parte del doctorado de Bruna Muys, becaria de la FAPESP, demostraron que, cuando se encuentra sobreexpresado, el miR-450a no solo redujo el tamaño del tumor sino que también bloqueó el proceso de metástasis. Con todo, era necesario aún detectar cuáles eran los genes de proliferación e invasión celular que estaban siendo inhibidos por la molécula.

En esa etapa, los investigadores trabajaron en colaboración con el grupo del NIH. Este estudio contó con el apoyo de la FAPESP a través de una Beca de Pasantía de Investigación en el Exterior (BEPE, en portugués).

Después de toda la etapa de caracterización, necesitábamos descubrir que genes de migración celular e invasión estaba regulando a miR-450a. Con la tecnología que el laboratorio del NIH dispone para la búsqueda de blancos de ARN no codificadores, descubrimos que ese micro-ARN actúa también en la disminución de energía de la célula para llevarla a la muerte, dijo Araújo da Silva Junior.

Los investigadores detectaron que el miR-450a bloquea genes relacionados con la proteína vimentina, que integra la vía de invasión celular. Y opera también en la desregulación de los genes de la vía de transición epitelio-mesénquima, esenciales para el proceso de migración, invasión y resistencia a la apoptosis celular (la muerte celular programada), inhibiendo así el surgimiento de metástasis.

En lo que concierne al crecimiento tumoral, la molécula actúa en un gen mitocondrial (MT-ND2) y en otros tres del genoma nuclear (ACO2, ATP5B y TIMMDC1) implicados en una de las etapas de la respiración celular y en la producción de energía (fosforilación oxidativa).

También como consecuencia de las alteraciones en el metabolismo energético, se observó una disminución de la tasa de glutaminólisis y un aumento de la de glucólisis. De acuerdo con los investigadores, este desequilibrio energético puede resultar en la producción ineficiente de lípidos, aminoácidos y ácidos nucleicos en las células tumorales, con la consiguiente inhibición de las vías de señalización asociadas con la migración y la invasión de las mismas.

La información que llega desde la placenta

El descubrimiento de la molécula y de su mecanismo de actuación surgió como resultado del proyecto de maestría de Muys, también apoyado por la FAPESP y vinculado al Centro de Terapia Celular. Este estudio, publicado en la revista PLOS ONE  en 2016, demostró que existe una expresión elevada del miR-450a en la placenta y una baja expresión en los tumores, entre ellos los de ovarios. La conclusión a la que arribó el grupo fue que, en la placenta, esas moléculas estarían regulando mecanismos análogos al del desarrollo tumoral.

Si bien la formación de la placenta y los tumores son procesos completamente distintos, hasta cierto punto existe una gran similitud en la programación genética de ambos. ?La placenta crece, invade el útero, prolifera y pasa por una vascularización, un proceso conocido como angiogénesis. Es todo lo que el tumor necesita. Pero a diferencia de los tumores, en la placenta esos programas genéticos están activos en forma controlada?, dijo Araújo da Silva Junior.

El grupo tuvo entonces la idea de buscar nuevos blancos terapéuticos mediante el estudio de genes altamente expresados en la placenta, pero que no se encuentran activos en tumores. ?Esta correlación significa que moléculas como miR-450a dejan de regular procesos biológicos importantes para el desarrollo del tumor. De acuerdo con nuestros hallazgos, si un gen aparece con estas características, esto constituye una señal que el mismo puede erigirse en una buena diana terapéutica?, dijo.

enero 18/2020 (Dicyt)

Una proteína llamada placofilina-1(PKP1) actúa promoviendo el desarrollo en cáncer de pulmón, según han descubierto investigadores de la Universidad de Granada (UGR) y que se ha publicado en Oncogene.

Hasta ahora, las funciones de la placofilina-1 en el cáncer eran poco conocidas, pero se sabían bien las funciones que desarrolla el producto de este gen en la piel, donde forma parte de unas estructuras llamadas desmosomas, que sirven para aportar resistencia y cohesión de la piel.

La importancia de los desmosomas es bien conocida porque las personas que tienen alteradas estas estructuras presentan problemas severos en la piel. De hecho, las personas con mutaciones en PKP1 desarrollan una enfermedad llamada epidermólisis ampollosa simple, caracterizada por tener la piel muy sensible y sufrir con extrema facilidad erosiones y ampollas.

?Se desconocía completamente por qué esta proteína, que tiene una función importante en la piel, aumentaba sus niveles en cáncer de pulmón? indica Pedro P. Medina Vico, investigador del departamento de Bioquímica y Biología Molecular de la Universidad de Granada y director del grupo de investigación que ha realizado íntegramente las investigaciones en el centro Pfizer-Universidad de Granada-Junta de Andalucía de Genómica e Investigación Oncológica (GENYO).

Aumento significativo 

En primer lugar, nosotros observamos que PKP1 se trataba de una de las proteínas que mayor aumentaba sus niveles en los pacientes de cáncer de pulmón. Y era extraño observar que una proteína propia de la piel se expresara tumores de pulmón, señala Laura Boyero Corral, una de las autoras principales del estudio.

Pero además era una incógnita por qué una proteína que colabora en mantener las células unidas aumenta sus niveles en los procesos tumorales, que tienden a adquirir precisamente estrategias de dispersión, para generar lo que se denomina metástasis, comenta Joel Martín Padrón, otro de los autores del estudio, que forma parte de la tesis doctoral que está realizando en la UGR.

Tras analizar nuestros resultados y lo que se conocía hasta ese momento de PKP1, pensamos que podía estar regulando la actividad de un gen denominado MYC cuyo producto es muy conocido en cáncer, ya que actúa reprogramando la maquinaria de la célula para desarrollar tumores. Inmediatamente, diseñamos una serie de experimentos para probar esta hipótesis. Cuando obtuvimos los resultados de tales experimentos, concluimos con claridad que así era concluye Pedro Medina.

Estrategias antitumorales 

El presente trabajo abre la puerta al desarrollo de nuevas estrategias antitumorales. Se conoce desde hace tiempo que la inhibición de la actividad de MYC, un gen que promueve el desarrollo de tumores, podría ser importante como terapia del cáncer. Sin embargo, los intentos para encontrar inhibidores de MYC, por la naturaleza de esta molécula, han tenido poco éxito hasta ahora.

Hemos demostrado que las células que presentan el producto de PKP1 producen tumores en modelos pre-clínicos, y cuando eliminamos este gen mediante las novedosas técnicas de edición génica (CRISPR-Cas), las células son incapaces de producir tumores, por lo que la inhibición de PKP1 podría ser de utilidad como terapia contra el cáncer indica Pedro Medina.

enero 18/2020 (Diario Médico)

La terapia con protones conlleva menos riesgo de efectos secundarios graves que lleven a la hospitalización de pacientes con cáncer que la radiación tradicional, mientras que las tasas de curación son prácticamente iguales.

Investigadores de la Facultad de Medicina de Perelman de la Universidad de Pensilvania, Estados Unidos, evaluaron si los pacientes sometidos a radioterapia al mismo tiempo que la quimioterapia experimentaron eventos adversos graves a los 90 días, y encontraron que la terapia de protones reduce el riesgo relativo de estos efectos secundarios en dos tercios. Los resultados se han publicado en JAMA Oncology.

Esto muestra que la terapia con protones ofrece una vía para reducir los efectos secundarios graves de la quimioradiación y mejora la salud y el bienestar del paciente sin sacrificar la efectividad de la terapia, ha dicho Brian Baumen, autor principal del trabajo.

La radiación de fotones generalmente utiliza múltiples rayos de rayos X para administrar radiación al objetivo del tumor, pero inevitablemente deposita radiación en los tejidos normales más allá del objetivo, dañando potencialmente esos tejidos a medida que el haz sale del cuerpo. La terapia de protones es un tratamiento de radiación alternativo aprobado por la Administración de Alimentos y Medicamentos (FDA) que dirige protones cargados positivamente al tumor. Depositan la mayor parte de la dosis de radiación en el objetivo con casi ninguna radiación residual más allá del objetivo, lo que reduce el daño al tejido sano circundante y potencialmente reduce los efectos secundarios.

Para este estudio los investigadores evaluaron los efectos secundarios como el dolor, la dificultad para tragar o respirar, las náuseas o la diarrea, entre otros. Se centraros en el grado tres o superior de efecto secundario, definido como efectos secundarios lo suficientemente grave como para que los pacientes fueran hospitalizados. Evaluaron datos de 1 483 pacientes con cáncer que recibieron radiación y quimioterapia al mismo tiempo. De estos, 391 pacientes recibieron terapia de protones, mientras que 1 092 se sometieron a tratamiento con fotones. Todos los pacientes tenían cáncer no metastásico. Se incluyeron pacientes con cáncer cerebral, cáncer de cabeza y cuello, cáncer de pulmón, cáncer gastrointestinal y cáncer ginecológico tratados con quimio-radiación concurrente. En el grupo de protones, solo el 11,5 por ciento de los pacientes (45) mostraron efectos secundarios de grado tres o superior dentro de los 90 días de tratamiento, en comparación con el 27,6 por ciento de los pacientes (301) en el grupo de fotones.

Un análisis ponderado de ambos grupos de pacientes, que controlaba otros factores que pueden haber llevado a diferencias entre los grupos de pacientes, encontró que el riesgo relativo de una toxicidad grave era dos tercios más bajo para los pacientes con protones en comparación con los pacientes con fotones.

La supervivencia general y la supervivencia libre de enfermedad fueron similares entre los dos grupos, lo que sugiere que la reducción de la toxicidad observada con la terapia de protones no influyó en la efectividad. Según los investigadores, la terapia de protones podría llegar a ser una forma de administrar terapia sistémica intensificada y / o radioterapia de dosis más altas de manera más segura, lo que podría mejorar los resultados de supervivencia.

enero 18/2020 (Diario Médico)