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  • Octubre 2017Nº 493

Microbiología

El descubrimiento del sistema CRISPR-Cas

Décadas de investigación básica sobre la biología de los procariotas han propiciado el hallazgo de un mecanismo microbiano de inmunidad adquirida. Sus aplicaciones como herramienta de edición genética parecen no tener límite.

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Los virus suponen una amenaza permanente. las células de todos los seres vivos son vulnerables a su ataque. Destacan por su simplicidad estructural, al hallarse constituidos por tan solo un genoma (de ADN o ARN) y una cápside que les proporciona protección y la capacidad de reconocer e invadir a hospedadores potenciales.

Pero, al contrario de lo que se podría pensar, la mayor parte de los 1031 virus que moran en la Tierra no atacan a organismos pluricelulares de gran tamaño, sino que se propagan de un organismo microscópico a otro. La incidencia de dicha infección es especialmente elevada en los procariotas, seres unicelulares que, a diferencia de los eucariotas, se hallan desprovistos de núcleo y suponen, después de los virus, la segunda entidad biológica más abundante de nuestro planeta. Su cifra asciende a unos 5·1030 individuos y comprenden dos grandes grupos: las bacterias y las arqueas.

La invasión de un procariota por una partícula vírica puede tener consecuencias nefastas para él, ya que normalmente le provoca la muerte. El proceso infeccioso se inicia tras la unión del virus a un componente de la envoltura celular del procariota, que va seguida de la introducción de su material genético en el citoplasma. Una vez en su interior, tiene la posibilidad de replicarse gracias al empleo de los componentes celulares del procariota, con la consiguiente alteración de la actividad de la célula. Tras haber finalizado la replicación, se generan nuevas partículas víricas completas que finalmente se liberarán, por regla general, mediante un proceso denominado lisis, que provoca la destrucción de la célula por rotura de su envoltura.

No resulta, pues, sorprendente que los procariotas, tanto bacterias como arqueas, cuenten con mecanismos para zafarse de esos elementos genéticos invasores. A pesar de ello, los virus logran destruir cada día hasta el 40por ciento de las bacterias de los océanos, donde el número de partículas víricas (3,5·1029) supera en diez veces el de las formas de vida celular. El impacto de la infección vírica sobre el control de las poblaciones procariotas y, por tanto, sobre la vida en el planeta, es formidable.

Desde hace algunas décadas, varios investigadores de la Universidad de Alicante hemos dedicado buena parte de nuestro trabajo a desentrañar los mecanismos moleculares que conforman la respuesta de los procariotas frente a la infección vírica. A inicios de los años noventa logramos dar los primeros pasos en la descripción de este sistema de defensa fundamental de las bacterias y las arqueas contra los virus, que más tarde denominamos CRISPR-Cas. Los importantes avances a los que hemos contribuido junto a otros grupos en este tema han dado lugar al desarrollo de una potente herramienta de edición genética cuyas aplicaciones no parecen tener límite. El camino recorrido hasta llegar a esta técnica ha supuesto años de investigación básica en microbiología, en los que se han ido sucediendo, uno tras otro, los hallazgos sobre el mecanismo de inmunidad microbiana.

Inmunidad innata e inmunidad adquirida

En los años cincuenta, dos equipos de investigadores de la Universidad de Illinois formados por Salvador E. Luria y Mary L. Human, por un lado, y por Giuseppe Bertani y Jean-Jacques Weigle, por otro, observaron que la eficacia infectiva de un virus que atacaba a la bacteria Escherichia coli variaba de forma sustancial de unas cepas a otras de la bacteria. Inexplicablemente, la vulnerabilidad a la infección dependía en gran medida de la cepa bacteriana a la que había infectado antes el virus.

Una década más tarde, los laboratorios de Werner Arber, de la Universidad de Ginebra, y Matthew Meselson, de la Universidad Harvard, desvelaron la causa de ese fenómeno. Las bacterias en cuestión contaban con una estrategia de defensa innata denominada sistema de restricción-modificación (R-M) que les permitía reconocer e inactivar a los virus invasores. Tales sistemas se basan en la intervención de una enzima endonucleasa, también denominada restrictasa, que corta y digiere la molécula del ADN vírico en cierta secuencia correspondiente a unos pocos pares de bases.

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