El tracto digestivo está compuesto por múltiples bacterias que forman comunidades esenciales para la salud. Estas comunidades no solo ayudan a digerir los alimentos, sino que también protegen contra microbios que pueden ser perjudiciales para la salud y desempeñan funciones críticas en el mantenimiento del organismo. Sin embargo, estas bacterias no están exentas de amenazas. Algunos virus, conocidos como bacteriófagos, pueden infectarlas. Afortunadamente, las bacterias han desarrollado sistemas de defensa, como es el caso del CRISPR, que evolucionó en las bacterias para ayudarlas a reconocer y descomponer el ADN viral.
Un estudio reciente liderado por el Massachusetts Institute of Technology (MIT) arroja luz sobre cómo las bacterias del microbioma intestinal utilizan y adaptan sus defensas CRISPR frente a nuevas amenazas. Aunque en los laboratorios las bacterias pueden actualizar sus defensas incorporando nuevas secuencias de reconocimiento viral, los investigadores descubrieron que en el intestino humano este proceso es mucho más lento: las bacterias añaden nuevas secuencias, conocidas como espaciadores, aproximadamente una vez cada tres años. Según An-Ni Zhang, autora principal del estudio, este descubrimiento “es importante porque utilizamos terapias basadas en el microbioma para tratar enfermedades, pero los nuevos microbios no siempre sobreviven en los pacientes”.
El CRISPR funciona como un sistema inmunitario de memoria. Cuando las bacterias se exponen a ADN viral, integran partes de esa secuencia en su propio ADN, generando ARN guía que activa a una enzima llamada Cas9 para descomponer el ADN viral y evitar la infección. Sin embargo, la frecuencia de este proceso depende de las condiciones ambientales. En el laboratorio, donde las bacterias están constantemente expuestas a virus, la adquisición de espaciadores es rápida. Pero en el entorno del intestino humano, las oportunidades para estas interacciones son mucho más limitadas.
Los investigadores analizaron dos grandes conjuntos de datos para medir la frecuencia de actualización del CRISPR en bacterias intestinales humanas. Uno contenía 6,275 secuencias genómicas de 52 especies bacterianas, mientras que el otro incluyó secuencias de microbiomas de cuatro personas durante varios años.
"Una especie bacteriana tarda entre 2,7 y 2,9 años en adquirir un solo espaciador en nuestro intestino"
“En promedio, una especie bacteriana tarda entre 2,7 y 2,9 años en adquirir un solo espaciador en nuestro intestino, lo cual es muy sorprendente porque nuestro intestino se expone a virus casi todos los días”, explica Zhang.
Para entender esta lentitud, los investigadores construyeron modelos computacionales que revelaron factores clave. Uno de ellos es la baja densidad de bacterias en el tracto digestivo, ya que las comidas frecuentes diluyen las poblaciones microbianas, reduciendo las oportunidades de interacción entre bacterias y virus. Además, la distribución espacial de los microbios también juega un rol importante. De hecho, las bacterias suelen adherirse al epitelio intestinal, lo que limita su exposición a virus presentes en la luz intestinal.
Un caso concreto fue el de Bifidobacteria longum, una especie bacteriana que mostró una actividad más reciente en la adquisición de espaciadores. En muestras de personas de diferentes continentes, esta bacteria había incorporado hasta seis espaciadores dirigidos a dos tipos específicos de bacteriófagos. Los investigadores concluyeron que esta actividad se debía a la transferencia horizontal de genes, un proceso que permite a las bacterias compartir material genético con sus bacterias vecinas.
"Las interacciones entre bacterias pueden ser un factor importante en el desarrollo de la resistencia viral"
“Dentro de las comunidades bacterianas, las interacciones entre bacterias pueden ser un factor importante en el desarrollo de la resistencia viral”, destaca Zhang. Este hallazgo redefine el papel de las bacterias no solo como entes individuales, sino como comunidades que comparten recursos para sobrevivir a los ataques de cualquier virus.
Además, este estudio tiene implicaciones prácticas para el desarrollo de terapias basadas en el microbioma. Analizar las defensas inmunitarias de los microbios podría permitir diseñar tratamientos personalizados. Por ejemplo, sería posible crear microbios terapéuticos capaces de resistir bacteriófagos específicos presentes en el microbioma de un paciente, aumentando las probabilidades de éxito del tratamiento. Según Zhang, “podemos estudiar la composición viral en los pacientes y luego identificar qué especies del microbioma son más capaces de resistir esos v