Arbitrio
Mecanismo genético en bacteriófagos

El arbitrario es un péptido viral producido por los bacteriófagos para comunicarse entre sí y decidir el destino de la célula huésped. [1] Tiene seis aminoácidos (aa) de longitud, por lo que también se lo conoce como hexapéptido. Se produce cuando un fago infecta a un huésped bacteriano y envía señales a otros fagos de que el huésped ha sido infectado.

Descubrimiento

El arbitrario fue observado por primera vez por un equipo dirigido por Rotem Sorek, un genetista microbiano del Instituto de Ciencias Weizmann en Israel . [2] [3] Estaban estudiando la comunicación en las bacterias Bacillus subtilis , en particular, cómo las bacterias infectadas con fagos advierten a las bacterias cercanas no infectadas sobre la presencia de estos virus. Descubrieron que los fagos (cepa phi3T) se comunicaban entre sí para coordinar su infección. [1] Además, encontraron similitudes entre el sistema inmunológico innato humano y el sistema de defensa bacteriano contra los fagos. Parece que los componentes del sistema inmunológico se originaron a partir del sistema de defensa bacteriano. [4]

Mecanismo

Cuando un fago templado infecta una bacteria, puede entrar en la vía lítica o lisogénica . La vía lítica hace que el huésped produzca y libere viriones descendientes, generalmente matándolos en el proceso. La vía lisogénica implica que el virus se inserte en el cromosoma de la bacteria. En una etapa posterior, el genoma viral se activa y continúa a lo largo de la vía lítica de producción y liberación de viriones descendientes.

Algunos fagos utilizan el arbitrario para determinar la frecuencia de los nuevos hospedadores. Cada infección provoca la producción de una pequeña cantidad de arbitrio y los fagos restantes miden la concentración de arbitrio que los rodea. Si la concentración de arbitrio es demasiado alta, puede indicar que se están agotando los hospedadores no infectados. Los virus entonces pasan de la lisis a la lisogenia, para no agotar todos los hospedadores disponibles. [1]

Según un equipo dirigido por Alberto Marina en el Instituto Biomédico de Valencia (España), que también estudia el sistema de fagos de Bacillus subtilis/ SPbeta, el receptor arbitrium (AimP) se une al factor de transcripción AimR de AimX y suprime la actividad de AimX, un regulador negativo de la lisogenia. [5] [6] [7] Marina también ha demostrado en el mismo sistema que el receptor arbitrium del virus interactúa no sólo con los genes bacterianos que lo ayudan a reproducirse, sino también con varios otros tramos de ADN. Ha sugerido que las señales de arbitrium pueden ser capaces de alterar la actividad de genes bacterianos importantes. [1]

Más recientemente, otro equipo del laboratorio de Sorek, dirigido por Avigail Stokar-Avihail y Nitzan Tal, ha demostrado sistemas similares en otras especies de bacterias Bacillus, las especies patógenas Bacillus anthracis , Bacillus cereus y Bacillus thuringiensis . [8] Especulan que "la aparición de sistemas de comunicación basados ​​en péptidos entre fagos en términos más generales aún está por explorar". [8]

Regulación

Péptido de arbitrario

La proteína arbitrium es sintetizada por tres genes: aimP, responsable de codificar el péptido arbitrium, aimR, responsable de codificar factores de transcripción que se unen a aimP, y aimX, que produce ARN no codificante que suprime la lisogenia. La estructura del complejo aimR aún es desconocida. Como resultado, la lisis es inducida por un mecanismo que aún desconocemos. El gen AimP codifica un péptido de 43 aminoácidos (aa), que madura en una forma activa de 6 aminoácidos (aa). La proteína madura es transportada a las bacterias vecinas utilizando el canal transportador de permeasa de oligopéptidos (OPP). El canal de transporte OPP es capaz de transportar péptidos dentro de la célula bacteriana sin tamaño, composición, carga o secuencia específicos. [9] Una vez dentro, el AimP maduro se une al receptor AimR y regula su actividad. Como resultado, AimR pierde su capacidad de unión al ADN. AimX, cuya expresión es promovida por AimR, también es suprimida. [10] [6] [11]

En las primeras etapas de la infección, el número de fagos activos es bastante bajo. En este punto, el péptido arbitrium aún no está presente y AimR activa la expresión de aimX. Esto promovería entonces el ciclo lítico del fago. Una vez que el fago se ha replicado varias veces, AimP se acumula en el medio. La concentración del péptido AimP maduro aumenta hasta que alcanza el nivel umbral necesario para unirse al receptor AimR. Si esto ocurre, AimR deja de activar la expresión de aimX, lo que provoca la estimulación del ciclo lisogénico, así como la integración del profago en el cromosoma bacteriano. Esto evita que se produzca la erradicación de la población bacteriana por parte del fago. El sistema de comunicación arbitrium permite así que los fagos infectantes decidan el destino de la célula. [12] [5]

Aplicaciones

Sorek ha sugerido que, dado que los virus humanos como el VIH y el herpes simple pueden causar infecciones activas y latentes, podrían estar utilizando un sistema similar al del arbitrario para comunicarse. En este caso, ese análogo podría utilizarse para suprimir las infecciones haciendo que los virus queden completamente latentes. [1] [2] La profesora Martha Clokie , de la Universidad de Leicester , ha aclamado el descubrimiento de la comunicación viral como "transformador". [2]

Véase también

Referencias

  1. ^ abcde Dolgin, Elie (2019). "La vida social secreta de los virus". Nature . 570 (7761): 290–292. Bibcode :2019Natur.570..290D. doi : 10.1038/d41586-019-01880-6 . PMID  31213694.
  2. ^ abc Callaway, Ewen (18 de enero de 2017). "¿Hablas virus? Fagos detectados enviando mensajes químicos". Nature . doi :10.1038/nature.2017.21313. S2CID  90839014.
  3. ^ Erez, Zohar; Steinberger-Levy, Ida; Shamir, Maya; Doron, Shany; Stokar-Avihail, Avigail; Peleg, Yoav; Melamed, Sarah; Leavitt, Azita; Savidor, Alon; Albeck, Shira; Amitai, Gil; Sorek, Rotem (26 de enero de 2017). "La comunicación entre virus guía las decisiones de lisis-lisogenia". Nature . 541 (7638): 488–493. Bibcode :2017Natur.541..488E. doi :10.1038/nature21049. ISSN  0028-0836. PMC 5378303 . PMID  28099413. 
  4. ^ "Página de inicio del laboratorio de Rotem Sorek".
  5. ^ ab Gallego del Sol, Francisca; Peñadés, José R.; Marina, Alberto (abril 2019). "Descifrando el mecanismo molecular que sustenta los sistemas de comunicación de Phage Arbitrium". Célula molecular . 74 (1): 59–72.e3. doi :10.1016/j.molcel.2019.01.025. PMC 6458997 . PMID  30745087. 
  6. ^ ab Guan, Zeyuan; Pei, Kai; Wang, Jing; Cui, Yongqing; Zhu, Xiang; Su, Xiang; Zhou, Yuanbao; Zhang, Delin; Tang, Chun; Yin, ping; Liu, Zhu; Zou, Tingting (28 de mayo de 2019). "Conocimientos estructurales sobre el reconocimiento de ADN por parte de AimR del sistema de comunicación arbitrium en el fago SPbeta". Descubrimiento celular . 5 (1): 29. doi :10.1038/s41421-019-0101-2. PMC 6536502 . PMID  31149347. 
  7. ^ Dou, Chao; Xiong, Jie; Gu, Yijun; Yin, Kun; Wang, Jinjing; Hu, Yuehong; Zhou, Dan; Fu, Xianghui; Qi, Shiqian; Zhu, Xiaofeng; Yao, Shaohua; Xu, Heng; Nie, Chunlai; Liang, Zongan; Yang, Shengyong; Wei, Yuquan; Cheng, Wei (15 de octubre de 2018). "Conocimientos estructurales y funcionales sobre la regulación de la decisión de lisis-lisogenia en comunidades virales". Microbiología de la naturaleza . 3 (11): 1285-1294. doi :10.1038/s41564-018-0259-7. PMID  30323253. S2CID  256703295.
  8. ^ ab Stokar-Avihail, Avigail; Tal, Nitzan; Erez, Zohar; Lopatina, Anna; Sorek, Rotem (mayo de 2019). "Utilización generalizada de la comunicación mediante péptidos en fagos que infectan el suelo y bacterias patógenas". Cell Host & Microbe . 25 (5): 746–755.e5. doi :10.1016/j.chom.2019.03.017. PMC 6986904 . PMID  31071296. 
  9. ^ Maio, Alessandro; Brandi, Letizia; Donadio, Stefano; Gualerzi, Claudio (24 de mayo de 2016). "La permeasa de oligopéptidos Opp media el transporte ilícito del inhibidor de decodificación del sitio P bacteriano GE81112". Antibióticos . 5 (2): 17. doi : 10.3390/antibiotics5020017 . PMC 4929432 . PMID  27231947. 
  10. ^ Larsen, Christopher N; Sun, Guangyu; Li, Xiaomei; Zaremba, Sam; Zhao, Hongtao; He, Sherry; Zhou, Liwei; Kumar, Sanjeev; Desborough, Vince; Klem, Edward B (1 de marzo de 2020). "Mat_peptide: anotación integral de péptidos maduros de poliproteínas en cinco familias de virus". Bioinformática . 36 (5): 1627–1628. doi :10.1093/bioinformatics/btz777. PMC 8215913 . PMID  31609421. 
  11. ^ Trinh, Jimmy T.; Zeng, Lanying (enero de 2019). "La estructura regula las decisiones de lisis-lisogenia de los fagos". Tendencias en microbiología . 27 (1): 3–4. doi :10.1016/j.tim.2018.11.005. PMID  30502931. S2CID  54523229.
  12. ^ Brady, Aisling; Quiles-Puchalt, Nuria; Gallego del Sol, Francisca; Zamora-Caballero, Sara; Felipe-Ruíz, Alonso; Val-Calvo, Jorge; Meijer, Wilfried JJ; Marina, Alberto; Penadés, José R. (noviembre 2021). "El sistema Arbitrium controla la inducción del profago". Biología actual . 31 (22): 5037–5045.e3. Código Bib : 2021CBio...31E5037B. doi :10.1016/j.cub.2021.08.072. PMC 8612738 . PMID  34562384. 
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