martes, 24 de junio de 2014

Secuencian 3.615 genomas para saber cómo surgió la bacteria "come carne"


El mayor proyecto de secuenciación de genomas completos bacterianos

Sí, ya sé que el título es bastante sensacionalista, la bacteria “come carne”. Pero así es como se llamó al grupo A de Streptococcus pyogenes, una bacteria Gram positiva, que causa miles de infecciones invasivas muy graves. Esta bacteria produce fascitis necrotizante (gangrena estreptocócica), una infección aguda que se extiende por el tejido subcutáneo y produce una rápida destrucción y necrosis de los tejidos (por razones de buen gusto, no incluyo ninguna imagen de casos de fascitis necrotizante). La mortalidad puede llegar a casi el 50%, aunque depende de si el diagnóstico y el tratamiento antibiótico y/o quirúrgico son rápidos y adecuados. Se calcula que esta bacteria es responsable de más de 600 millones de infecciones en todo el mundo cada año y entre 10.000 y 15.000 casos muy graves sólo en EE.UU.

Después de varias décadas en las que disminuyó la incidencia de esta enfermedad, a finales de los 80 y principios de los 90, de forma sorprendente resurgieron en muchos países varios brotes de infecciones invasivas muy graves por el serotipo Emm proteína 1 (M1) de Streptococcus pyogenes grupo A. Algunas de estas infecciones fueron muy mediáticas porque afectaron incluso a personajes muy populares, como Jim Henson, el creador de los teleñecos, que murió por una infección por esta bacteria.


James Maury "Jim" Henson fue productor televisivo estadounidense, conocido por ser el creador de The Muppets, los teleñecos. Falleció el 16 de mayo de 1990 a los 53 años de edad, por una infección por Streptococcus pyogenes grupo A, unas 20 horas después de llegar por su propio pie a emergencias del hospital de Nueva York, sin ser consciente de lo grave que estaba.

Hasta ahora ha sido todo un misterio cómo surgió esta cepa concreta tan virulenta. Para descubrirlo, un grupo de investigadores han secuenciado un total de 3.615 genomas completos de aislamientos de la bacteria obtenidos desde 1920 hasta 2013 en ocho países distintos de Europa y América (Dinamarca, Alemania, Finlandia, Islandia, Noruega, Suecia, Estados Unidos y Canadá).

El objetivo de este trabajo, hasta el día de hoy el mayor proyecto de secuenciación de genomas completos bacterianos, es descubrir cómo han sido los eventos moleculares que han contribuido a la aparición, diseminación y diversificación genética de este clon tan virulento que ha llegado a causar infecciones humanas tan graves por todo el planeta.


Streptococcus pyogenes grupo A es una bacteria Gram positiva con forma de coco que crece en cadenas. Expresa en su pared celular el antígeno grupo A de la clasificación de Lancefield y produce hemólisis del tipo beta (grandes halos de hemólisis) cuando se cultiva en agar sangre. Se le conoce también por estreptococo beta-hemolítico del grupo A (o por sus siglas en inglés GAS, Group A Streptococcus). Es la causa más frecuente de faringitis bacteriana y de escarlatina, una complicación de la faringitis que se produce cuando la bacteria contiene un fago que estimula la producción de una toxina.

Además, Streptococcus pyogenes grupo A es un buen modelo para hacer este tipo de estudios porque produce muchas infecciones humanas, hay abundantes cepas recolectadas de los últimos 90 años y de dos continentes distintos, su genoma es relativamente pequeño (1,8 Mb) y fácil de secuenciar, y es un patógeno sólo humano, no de animales, el hombre es el único huésped.

Los datos sugieren que el actual clon epidémico surgió a partir de una bacteria precursora, paso a paso, adquiriendo de manera secuencial distintos elementos genéticos que la hicieron mucho más virulenta. Primero incorporó a su genoma un bacteriófago (un virus que infecta bacterias) con los genes del factor de virulencia de la DNAsa extracelular (SdaD2).  Posteriormente adquirió otro bacteriófago con los genes SpeA1, una variante de la exotoxina superantígeno A. Luego, este mismo gen evolucionó a una nueva variante, SpeA2, por un fenómeno de mutación puntual, antes de adquirir por transferencia genética horizontal una región grande de 36 Kb de DNA cromosomal que contiene los factores de virulencia de la glicohidrolasa y la streptolysina O.  La adquisición de este fragmento grande debió de ocurrir a principios de los 80 (probablemente en 1983) en una bacteria que ya contenía los genes SdaD2 y SpeA2. A partir de ahí, este clon se extendió rápidamente por todo el mundo, dando lugar a la cepa actual mucho más virulenta y que ha causado las epidemias explosivas durante los últimos 25 años.

Este trabajo, demuestra los eventos moleculares que han ocurrido paso a paso y que han hecho que de una única célula bacteriana acaben produciéndose millones de infecciones por todo el mundo.
La secuencia de eventos moleculares más probable, por tanto, ha debido ser:
- adquisición del gen SdaD2 (DNAsa extracelular) de un fago
- adquisición del gen SpeA1 (exotoxina del superantígeno A) de otro fago
- mutación puntual de SpeA1 para generar la variante SpeA2
- adquisición por transferencia horizontal de los genes glicohidrolasa y streptolisina O en un fragmento de 36 Kb

Este tipo de estudios son esenciales para mejorar las estrategias para reconocer y predecir la aparición de nuevas cepas virulentas y epidemias, ayudan a formular políticas de protección de salud pública y a desarrollar nuevas vacunas. En definitiva, en este caso se trata de “comerle el terreno” a este bicho tan desagradable.

Evolutionary pathway to increased virulence and epidemic group A Streptococcus disease derived from 3,615 genome sequences. 2014. Nasser, W., et al. Proc Natl Acad Sci U S A. 111(17):E1768-76. doi: 10.1073/pnas.1403138111.

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