Alteraciones en la Epigenómica de la Salmonelosis

Epigenética es la ciencia que estudia el conjunto de procesos químicos que modifican la actividad del DNA pero sin alterar su secuencia. Hoy en día está claro que hay una interacción dinámica entre los genes y el ambiente, un interfaz a escala mecanística claramente delineado y bioquímicamente impulsado. A ese interfaz mecanístico se le llama epigenética.

El genoma contiene toda la información genética de un individuo. Cada una de nuestras células contiene el DNA o la clave de la vida. El DNA se compacta en el diminuto núcleo celular gracias a unas proteínas llamadas histonas, las cuales participan activamente en los procesos de condensación y descondensación de la cromatina asociados con la inhibición o activación de la expresión génica, respectivamente. La información contenida en el DNA de nuestros genes debe transferirse hacia la secuencia de proteína que realizará una función determinada en el organismo. Primero esa secuencia de DNA se transcribe a RNA mensajero que mantiene la información del DNA. Luego ese RNA mensajero es convertido en una proteína con la ayuda de los ribosomas a través del proceso que se denomina traducción. 

La epigenética estudia y da explicación a estas interacciones entre el genoma y el ambiente. El ser humano o cualquier otro ser vivo nace, crece, se reproduce y muere, todo ello en constante interacción con el ambiente en el que vive. La interacción de nuestro DNA (genoma) con el ambiente que nos rodea está definido por la distinta regulación de ese DNA (epigenoma). La epigenética explica, por ejemplo, por qué una célula somática sanguínea (ej. linfocito) al ponerla en un medio ácido se convierte en una célula madre pluripotente, por qué se producen o activan ciertos tipos de cánceres o por qué desarrollamos deterioro cognitivo asociado al envejecimiento.1

Alteraciones en la epigenética de la Salmonelosis

Estudios de la Universidad del Estado de Arizona (EE.UU), publicados recientemente en mBio, demuestran que las Bacterias Salmonella del serotipo Typhimurium  modificadas genéticamente pueden constituir un vehículo para trasladar compuestos terapéuticos hacia el tejido tumoral, sin dañar al hospedador; razón por la cual su utilización en el desarrollo de tratamientos contra el cáncer supone una idea muy atractiva que está siendo explorada en la actualidad.

La patogenicidad de la Salmonella se debe a la presencia de una capa de lipopolisacáridos (LPS) alrededor de la célula. Esta razón hizo que los investigadores evalúen la seguridad y la capacidad terapéutica contra el cáncer, de cepas de Salmonella mutantes para la estructura de LPS. Entonces los investigadores vieron que la relación variantes – nivel de patogenicidad (en este caso aceptable) tenían muy poco potencial terapéutico.

Posteriormente, el equipo para solucionar el problema y mejorar la cepas bacterianas, añadieron otra modificación genética a las bacterias, que permitía atenuar los genes implicados en la biosíntesis de LPS de forma condicional.  De este modo, el nuevo diseño de bacterias Salmonella “benigna e invasiva” fue introducida en un ratón en una forma que no afectaría a las células normales y que permitiría colonizar los tumores y acceder al interior de las células cancerosas. Una vez allí se volverían tóxicas. Esta acción ocurre rápidamente en el tumor, debido al rapidísimo crecimiento y división celular que ocurre cuando Salmonella accede a un tumor.²

Artículo relacionado con alteraciones en la epigenómica de la Salmonelosis

Modificación epigenética: posible enfoque para reducir la infección por Salmonella enterica serovar Enteritidis asociada al estrés

Diversos factores estresantes pueden influir en la susceptibilidad de las aves a patógenos como Salmonella enterica. El estrés asociado al ayuno puede producir cambios en la estructura normal del epitelio intestinal e inducir a una mayor adhesión y colonización de Salmonella.

OBJETIVO
Este estudio tuvo como objetivo investigar los efectos moduladores de la modificación epigenética mediante la restricción alimentaria en el periodo neonatal sobre la colonización por S. enterica serovar Enteritidis en broilers sometidos posteriormente a estrés por ayuno.

MATERIAL Y MÉTODOS
Para ello se prepararon 4 grupos de pollos: I) pollos bajo una alimentación ad libitum; II) pollos sometidos a alimentación ad libitum con retirada de la alimentación durante 24 horas el día 42; C) 60% de restricción de alimento en los días 4, 5 y 6; D) 60% de restricción de alimento en los días 4, 5 y 6 con retirada de alimentación durante 24h el día 42. La adhesión de S. Enteritidis al tejido ileal se determinó mediante un ensayo ex vivo en asa ileal, y mediante la determinación por técnicas de electroforesis en gel de poliacrilamida y Western Blot de la expresión de proteínas de choque térmico 70 (Hsp70). Estas proteínas actúan como marcadores de estrés en los animales.

RESULTADOS
El estrés provocado por la retirada de la alimentación aumentó la adhesión de S. Enteritidis al tejido ileal. Sin embargo, en los pollos modificados epigenéticamente (aquellos bajo restricciones de alimentación en la fase neonatal), S. Enteritidis mostró una menor capacidad de adhesión al tejido ileal tras la privación de la alimentación, comparado con sus homólogos de control. Una tendencia similar con una correlación muy positiva se observó para la expresión de las Hsp70.

CONCLUSIONES
Los resultados sugieren que la modificación epigenética puede mejorar la resistencia a la colonización por S. Enteritidis en pollos que sufren condiciones de estrés posteriormente. El mecanismo subyacente por el que ocurre esto podría estar asociado con una menor expresión de Hsp70 en los pollos epigenéticamente modificados.3

1. SEBBM Sociedad Española de Bioquímica y Biología Molecular. Epigenética en neurociencias. (sede web). España: Carlos Spuch y Roberto C. (acceso 28 de mayo de 2016). Disponible en: http://www.sebbm.com/revista/articulo.asp?id=10081&catgrupo=269&tipocom=24

2. Genética Médica News. Bacterias Salmonella modificadas para eliminar las células del cáncer. (sede web). España: 2015. (acceso 28 de mayo del 2016). Disponoble en: http://revistageneticamedica.com/2015/04/25/salmonella-cancer/

3. AGROGESTIIC NEWS. Modificación epigenética: posible enfoque para reducir la infección por Salmonella enterica serovar Enteriditis asociada al estrés. (sede web). 2012. (acceso 28 de mayo de  2016). Disponible en: http://news.agrogestiic.es/articulos/modificacion-epigenetica-reducir-infeccion-salmonella-enterica/

Alteraciones en la Traducción de la Salmonelosis

Salmonella invade las células del hospedero por un mecanismo conocido como disparo (trigger). La bacteria envía señales a las células epiteliales que inducen rearreglos del citoesqueleto dando lugar a la formación de ondulamiento (ruffling) en su superficie, como respuesta al contacto. Se reconocen varias proteínas efectoras de la SPI-1, involucradas en los rearreglos del citoesqueleto: SipA, SopE, SopE2 y SopB. SipA es una proteína de unión a actina, que inhibe la despolimerización de F-actina y activa T-plasmina, su chaperona es SicA (SipE en S. enterica serovar Typhi). SopE se comporta como GEF (guanine exchange factor) en las proteínas RhoGTPasas: CDC42 y Rac induciendo ruffling de la membrana, que permite la internación de Salmonella además estimula MAP cinasas (Mitogen-activated protein), Erk (quinasa reguladora por señales extracelulares), JNK (quinasa terminal) y p38. Es codificada por un fago temperado defectuoso de la familia P2, localizado en el centisoma 60 del cromosoma de Salmonella; análisis de la secuencia del ADN aledañas a sopE, revelaron marcos abiertos de lectura (ORF) con secuencias significativamente similares a la cola de fagos y recombinasas sitio específico. La proteína SopE2 muestra un 69% de homología con la secuencia de SopE, activa a CDC42, la cual actúa con la familia de proteínas del síndrome de Wiskott-Aldrich (WASP) para activar al complejo Arp2/3, compuesto de 7 subunidades, incluyendo dos proteínas relacionadas con actina y la proteína p41-Arc. El gen responsable de codificar dicha proteína se encuentra localizado en el centisoma 40-42. SopB (Salmonella outer protein), como se conoce para S. enterica serovar Dublin, o SigD (Salmonella invasión genes) para S. enterica serovar Typhimurium, por su actividad de inositol fosfato fosfatasa, también reorganiza el citoesqueleto de actina. La proteína SptP (Salmonella protein tirosin phosphatase) es una tirosin fosfatasa, que independientemente de esta actividad, se comporta como GAP (GTPasa activating protein), es decir, cambia Rac·GTP a Rac·GDP, con lo que evita el ruffling estimulado por SopE además antagoniza la activación de JNK; su porción amino-terminal comparte secuencias similares con YopE, en su porción carboxi-terminal es semejante a YopH así como al dominio catalítico de algunas tirosin fosfatasas de células eucarióticas.

Las proteínas efectoras pueden ser consideradas como toxinas debido a que de alguna manera afectan a la célula eucariótica, sin embargo a diferencia de éstas, carecen de receptores de unión por lo que son incapaces de tener acceso directo a su sitio de acción si no es por la contribución del SSTIII. Todo parece indicar que la penetración de Salmonella a la mucosa intestinal es esencial para causar infección letal, el hecho de bloquear la penetración a la mucosa intestinal al mutar genes involucrados en invasión, permite obtener cepas atenuadas que pudieran ser utilizados como posibles inmunógenos.¹

Cambios inducidos en la célula hospedadora por la acción del SST3 codificado en SPI-1

Cuando entra en contacto con la célula epitelial, Salmonella ensambla su SST3 codificado en SPI-1 e inyecta efectores (esferas amarillas) en el interior del citoplasma eucariota. Los efectores SopE, SopE2 y SopB activan las GTPasas de tipo Rho, resultando en el reordenamiento del citoesqueleto de actina en forma de pliegues de membrana, la inducción de la vía de la MAP kinasa (MAPK) y la desestabilización de las uniones estrechas entre los enterocitos. Cambios en el citoesqueleto de actina debidos a la acción de los efectores SipA y SipC, llevan a la internalización de las bacterias. La señalización por la MAPK activa los factores de transcripción AP-1 y NF-ĸβ, los cuales a su vez inducen la expresión de la quemoquina Interleuquina-8 (IL-8), potente quimioatrayente de leucocitos polimorfonucleares (PMN). SipB induce la activación de la Caspasa-1 en macrófagos, con la consecuente libreación de IL-1β e IL-18, aumentando así la respuesta inflamatoria. La desestabilización de las uniones estrechas permite la transmigración de PMNs desde la región basolateral del epitelio a la apical, la pérdida de líquido de las células y el acceso de las bacterias a la lámina propia. Posteriormente, el citoesqueleto de actina se recompone y la señalización por la MAPK se apaga gracias a la acción enzimática de SptP. Esto resulta también en el silenciamiento de la respuesta inflamatoria, al cual también contribuyen SspH1 y AvrA mediante la inhibición de la activación de NF-ĸβ.²

 

Bibliografía:

1. Revista Latinoamericana de Microbiología. Mecanismos moleculares de patogenicidad de Salmonella sp (sede Web). México: Figueroa, I. & Verdugo, A.; 2005 (acceso 21 de mayo de 2016). Disponible en: http://www.medigraphic.com/pdfs/lamicro/mi-2005/mi05-1_2e.pdf

2. Departamento de Bacteriología y Virología, Departamento de Desarrollo Biotecnológico, Facultad de Medicina, UdelaR. Salmonella y Salmonelosis (sede Web). Betancor, L. & Yim, L.; 2012 (acceso 21 de mayo de 2016). Disponible en: http://higiene1.higiene.edu.uy/DByV/Salmonella_y_salmonelosis.pdf

Alteraciones en la Transcripción de la Salmonelosis

Salmonella presenta múltiples genes involucrados en la invasión, localizados en el centisoma 63 que forman la SPI-1; se trata de un segmento de 35-40 kb que contiene 31 genes que pueden ser divididos en categorías que incluyen: genes que codifican el SSTIII, denominados invspa, 43,54 genes que codifican proteínas involucradas en la translocación de las moléculas efectoras dentro del citoplasma de la célula hospedero y genes que codifican las proteínas efectoras y sus chaperonas, algunas de las cuales se mencionaron anteriormente. A diferencia de otras islas de patogenicidad de S. enterica, SPI-1 no está localizada inmediatamente adyacente a genes tARN.¹

La salmonella requiere la expresión coordinada de muchos de sus genes para causar una infección productiva en su hospedero.  La expresión se inicia cuando la Salmonella entra en contacto con el medio ambiente hostil que representa el tracto gastrointestinal del hospedero, donde encuentra una gran variedad de condiciones como: la osmolaridad, la tensión de oxígeno y el pH; que actúan como señales para que inicie la transcripción de genes que codifican factores de virulencia, los cuales favorecen la interacción con la célula blanco durante la patogénesis. 

La Salmonella utiliza, además, un sistema de secreción tipo III como un mecanismo básico de virulencia, este sistema es el encargado de  translocar proteínas  hacia el citosol, las cuales interfieren con las señales de transducción y otros procesos celulares, facilitando la patogénesis de la bacteria, algunos de estos genes han sido descritos y caracterizados mediante la obtención de mutantes in vitro, las cuales han mostrado  defectos en ciertas características que parecen ser importantes para cumplir algunas funciones básicas y para la virulencia in vivo, por ejemplo: la capacidad para invadir células epiteliales en cultivo, la sobrevivencia  dentro de células fagocíticas, la citotoxicidad de macrófagos, la regulación de la inflamación y la secreción de fluidos. Muchos de los genes que codifican estos factores de virulencia son regulados por sistemas presentes en especies patógenas y no patógenas.  Algunas cepas de Salmonella contienen plásmidos que codifican genes de virulencia que están altamente asociados con bacteremia y con la diseminación de la infección.  El conocimiento de los genes que conforman el genoma bacteriano, de las proteínas que codifican y de sus funciones, permitirá comprender mejor los mecanismos de patogenecidad de estos microorganismos para generar conocimiento que permita prevenir exitosamente estas infecciones.²

Bibliografía:

1. Revista Latinoamericana de Microbiología. Mecanismos moleculares de patogenicidad de Salmonella sp (sede Web). México: Figueroa, I. & Verdugo, A.; 2005 (acceso 14 de mayo de 2016). Disponible en: http://www.medigraphic.com/pdfs/lamicro/mi-2005/mi05-1_2e.pdf

2. Revista Colombiana de Ciencias Pecuarias (Colombian journal of animal science and veterinary medicine). Genes y plásmidos de la Salmonella spp. asociados con virulencia (sede Web). Colombia: Saldarriaga, O. & Rugeles, M.; 2001 (acceso 14 de mayo de 2016). Disponible en:  http://rccp.udea.edu.co/index.php/ojs/article/view/12

Alteraciones en la Replicación de la Salmonelosis

Replicación del ADN

En la replicación del ADN, una molécula original de ADN de doble cadena es convertida en dos moléculas hijas de ADN idénticas. La clave para entender esta replicación del ADN es la estructura complementaria de las secuencias de los pares de bases en las dos cadenas del ADN, una cadena sirve de molde para la producción de la otra.¹

Alteraciones en la Genómica de la Salmonellosis

Las variaciones en el genoma de la bacteria pueden reflejarse en alteraciones en la migración de alguna o más enzimas (que representan varios loci o genes), por lo que pueden obtenerse electroferotipos, o patrones de migración específicos que permiten distinguir una cepa de otra. De esta manera, se ha concluido que S. typhi es de naturaleza clonal, es decir que ha variado poco en la evolución, al menos con respecto a una serie de enzimas básicas de su metabolismo. Otras bacterias muestran más variación, incluyendo otros serotipos de Salmonella.²

Durante el proceso de la replicación del ADN, se pueden presentar cambios en la secuencia de bases de los ácidos nucleicos; es decir, mutaciones espontáneas; aunque también se pueden generar mutaciones silenciosas o neutras, en donde no se produce un efecto fenotípico. En la Salmonella este tipo de mutaciones representan entre el 60% y 80% de alteraciones que se producen en el DNA.

Generalmente la mayoría de estos errores o alteraciones en el genoma, son corregidos por mecanismos de reparación del DNA, pero algunos evaden a la corrección y pueden originar cambios que afectan a ciertas propiedades como: requerimientos nutricionales, morfología o resistencia antibiótica.³

v  La Salmonella ha desarrollado medidas complejas para invadir las células huésped después de la inserción epitelial. Tras la interacción con las células huésped, la Salmonella un sistema de secreción tipo III (T3SS) y proteínas CTRF, lo que facilita la absorción del endotelio y la invasión. Ahora, una mutación tanto en T3SS como en las proteínas CTRF, impide que la Salmonella invada las células huésped y por ende cumpla con su ciclo infeccioso.

v  Una mutación en el gen que codifica la producción de la enzima Girasa que ayuda en el proceso de la replicación, provoca resistencia antibiótica a: quinolonas (ácido nalidíxico) y fluoroquinolonas (ciprofloxacina). Esto se debe a que la pared bacteriana ha creado mecanismos de expulsión para el antibiótico al modificar sus receptores finales.

v  Otras investigaciones, han demostrado que mutaciones en grupos de genes: PhoQ/PhoP, PmrB/PmrA, SsrA/SsrB, EnvZ/OmpR y BarA/SirA; impiden la supervivencia intracelular y la regulación  de la invasión bacteriana de la Salmonella.4

Bibliografía:

1. Pedrique de Aulacio Magaly. Genética Molecular (sede Web). 2008 (acceso 07 de mayo de 2016). Disponible en: http://www.ucv.ve/fileadmin/user_upload/facultad_farmacia/catedraMicro/08_Tema_7_Gen%C3%A9tica.pdf

2. Instituto de Biotecnología, UNAM. Salmonella typhi y la fiebre tifoidea: de la biología molecular a la salud pública (sede Web). Calva Edmundo. (acceso 07 de mayo de 2016). Disponible en:  http://www.biblioweb.tic.unam.mx/libros/microbios/Cap4/

3. Echeita, M. La memoria genética de las bacterias. Centro de Vigilancia Sanitaria Veterinaria (VISAVET) U.C.M. (sede Web). Madrid. 2006 (acceso 07 de mayo de 2016). Disponible en:  http://www.madrimasd.org/blogs/alimentacion/2006/04/24/19943

4. Mejía, O. En el jardín de Mendel. Bioética, genética humana y sociedad.Universidad de Antioquia. Primera Edición. Colombia: 2010. (acceso 07 de mayo de 2016). Disponible en: https://books.google.com.ec/books?id=sd_Qq-dYzVoC&printsec=frontcover#v=onepage&q&f=false

¿Qué es la Salmonelosis?

La salmonelosis es una enfermedad diarreica causada por la bacteria salmonella. La bacteria vive en el intestino humano o animal y se transmite a otras personas por el contacto con heces contaminadas.¹

La bacteria Salmonella se elimina a través de las heces de animales o personas infectadas y causa una enfermedad diarreica, que puede tornarse severa en los individuos jóvenes, ancianos y aquellos individuos con sistemas inmunes débiles.²

En los casos más graves la infección puede extenderse del intestino al torrente sanguíneo y de allí a cualquier parte del cuerpo, pudiendo incluso causar la muerte. En la mayoría de los casos, sin embargo, la recuperación se da sin ningún tratamiento. Una minoría puede experimentar consecuencias a largo plazo como son: dolor en las articulaciones, irritación en los ojos y dolor al orinar.
Los casos más comunes de salmonelosis se dan por comer alimentos de origen animal contaminado: pollo, huevos, carne vacuna, leche. Pero también las verduras pueden estar contaminadas con esta bacteria. Las mascotas también pueden estar infectadas y transmitir la infección al entrar en contacto con ellas.¹

Bibliografía:

1. Ministerio de Salud Presidencia de la Nación. Salmonella (sede Web). Buenos Aires; (acceso 01 de abril de 2016). Disponible en: 

http://www.msal.gob.ar/index.php/component/content/article/48/241-salmonella

2. Fast Facts, The Center for food security and public health. Salmonelosis (sede Web). 2006 (actualizada en junio de 2006; acceso 01 de abril de 2016). Disponible en:

http://www.cfsph.iastate.edu/FastFacts/spanish/nontyphoidal_salmonellosis_F-es.pdf