En determinadas circunstancias, las bacterias pueden intercambiar material genético, incluso si las bacterias son de diferentes géneros o especies. El mecanismo por el que se ejecuta este intercambio es la conjugación bacteriana. Durante este proceso, una molécula de ADN se transfiere de una bacteria a otra mediante una maquinaria especializada.

Entre las moléculas que pueden realizar esta transferencia se encuentran los plásmidos, moléculas circulares de ADN que las bacterias pueden mantener además de su propio cromosoma.

Aparte de los genes necesarios para la conjugación, estos plásmidos a menudo pueden transportar genes que proporcionan nuevas capacidades a las bacterias.

Entre ellos se encuentran genes que hacen que los antibióticos dejen de ser eficaces. Por eso, la conjugación es el proceso principal de propagación de la resistencia a los antibióticos, uno de los grandes problemas actuales de salud pública.

Para transferirse, un plásmido necesita poner en marcha toda una maquinaria molecular que es una gran carga para la célula. Por esta y otras razones, la conjugación requiere un sistema de control muy preciso.

Un equipo liderado por Wilfried Meijer, investigador del Centro de Biología Molecular Severo Ochoa (CBM-CSIC-UAM), acaba de descubrir otro mecanismo que interviene en ese control.

Un interruptor escondido en una molécula de ARN

Los investigadores llevan más de una década estudiando cómo se regula la transferencia del plásmido pLS20, presente en la bacteria Bacillus subtilis. Este plásmido contiene numerosos genes necesarios para construir y poner en funcionamiento la maquinaria que permite transferirlo a otra bacteria.

Estos genes se encuentran agrupados y deben activarse de forma coordinada. Hasta ahora, el grupo de Meijer ya había identificado varios mecanismos que garantizan la activación en momentos adecuadas y de manera muy controlada.

El ADN, que contiene el código de las proteínas localizados en los genes, está formado por dos cadenas en forma de escalera de caracol. Unas proteínas, llamadas polimerasas de ARN, usan el ADN como molde para generar una molécula de ARN, que contiene la información genética para producir proteínas. Al contrario del ADN, el ARN es una cadena simple, lo que le permite plegarse sobre sí mismo, formando estructuras de ARN de cadena doble. Estas estructuras influyen en la generación de proteínas.

El nuevo estudio revela que existe otro nivel de regulación localizado en el principio de la molécula de ARN muy larga que codifica las numerosas proteínas de conjugación.

En este caso, los investigadores han descubierto que la región de ARN de la conjugación puede adoptar dos formas distintas. Una de ellas permite que la polimerasa de ARN continúe leyendo la información genética, mientras que la otra estructura hace parar el proceso de producir el ARN, evitando así que se genere el ARN molde para las proteínas. De esta manera, el propio ARN funciona como un interruptor molecular que decide si los genes de la conjugación se activan o no.

Una cremallera que cambia la forma del ARN

Lo más llamativo del mecanismo es la manera en que se produce este cambio.

El ARN está formado por una cadena de pequeñas unidades químicas llamadas bases. Algunas de ellas pueden reconocerse entre sí y unirse cuando se encuentran uno enfrente del otro. En la región estudiada, dos secuencias situadas en diferentes partes del ARN son complementarias y pueden emparejarse.

Como consecuencia, la estructura del ARN se va cerrando progresivamente, como los dientes de una cremallera.

La clave de este nuevo mecanismo se encuentra a la mitad de está cremallera. Bajo ciertas condiciones, el cierre de la cremallera se para, por unas pequeñas estructuras en el ARN en este punto. La interrupción de la cremallera actúa como señal de parada. Cuando el cierre de la cremallera no se interrumpe, no se da la señal de parada y la polimerasa de ARN sigue su camino, generando el ARN molde para producir las proteínas necesarias para la conjugación.

“Hemos denominado a este nuevo mecanismo “atenuador transcripcional de tipo cremallera”, por la forma en la que las distintas partes del ARN interactúan para controlar la lectura de los genes”, indica Wilfried Meijer.

Un mecanismo que podría estar presente en muchas bacterias

El hallazgo podría tener un alcance mayor que el de un único plásmido.

Los investigadores han encontrado secuencias de ARN similares en todos los plásmidos conocidos de la familia de pLS20. También han identificado secuencias relacionadas en otros plásmidos capaces de transferirse entre bacterias Gram positivas.

Esto sugiere que el mecanismo de “cremallera” es una estrategia bastante extendida para controlar los genes que permiten a estos elementos genéticos pasar de una bacteria a otra.

“Comprender cómo se regula este proceso es importante porque la transferencia de ADN entre bacterias contribuye a la propagación de genes de resistencia a los antibióticos”, explica el trabajo.

Del conocimiento básico a un problema de salud global

La resistencia a los antibióticos aparece cuando las bacterias desarrollan mecanismos que les permiten sobrevivir a medicamentos diseñados para eliminarlas. Cuando los genes responsables de estas características pueden pasar de una bacteria a otra, la resistencia puede extenderse entre las bacterias.

Conocer con detalle cómo se controla la transferencia de ADN entre bacterias es un paso necesario para comprender mejor cómo se propaga la resistencia.

El nuevo trabajo identifica un mecanismo molecular desconocido hasta ahora que regula la producción de las proteínas necesarias para la transferencia del plásmido. Conocer este mecanismo abre la posibilidad de diseñar drogas o estrategias para interferir con la transferencia y con ello la diseminación de los genes de resistencia a antibióticos. El hallazgo muestra, una vez más, cómo el estudio de procesos fundamentales de la biología puede revelar mecanismos inesperados relacionados con problemas de gran relevancia para la sociedad.

La comprensión de este nuevo mecanismo de cremallera no hubiera sido posible sin la colaboración de los investigadores del CBM, junto con los equipos de Paul Babitzke, de Pennsylvania State University (Estados Unidos); Anne de Jong, de University of Groningen (Países Bajos), y Ling Wu, de Newcastle University (Reino Unido).

Referencia

González-Álvarez D, Miguel-Arribas A, Ranaweera S, Freire-Gómez F, Abia D, de Jong A, Wu LJ, Babitzke P, Meijer WJJ. Expression of conjugation genes is controlled by a novel zipper-type transcriptional attenuation mechanism. Nucleic Acids Research. 2026 Jul 17;54(14):gkag726. doi: 10.1093/nar/gkag726. PMID: 42500816; PMCID: PMC13401043.