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E. coli es el organismo modelo mejor conocido a nivel molecular, se usa intensivamente para la producción biotecnológica y es de interés biomédico por las cepas patológicas infecciosas.
El artículo de Nature Biotecnology es una colaboración entre biólogos, bioquímicos y bioinformáticos del Instituto Craig Venter, la Universidad de Virginia i el Instituto de Investigación Biomédica (IRB).
El equipo de 18 investigadores presenta el primer mapa de las interacciones clave entre las piezas moleculares de la bacteria que permite empezar a entender cómo funciona su maquinaria vital más íntima.
Investigadores del Instituto J. Craig Venter y de la Virginia Commonwealth University de los Estados Unidos, en estrecha colaboración con científicos del Instituto de Investigación Biomédica (IRB Barcelona) publican el primer mapa de las interacciones moleculares entre proteínas –denominado interactoma- de Escherichia coli (E. coli) que permite empezar a comprender cómo funciona, cómo trabaja íntimamente, la bacteria.
El estudio revela cerca del 25% (2.234) de las aproximadamente 10.000 interacciones clave estimadas que se dan en E. coli, y cubre aproximadamente el 70% de su proteoma (la colección de proteínas).
El estudio lo publica Nature Biotechnology, una de las revistas de referencia para la comunidad científica, y precisamente ahí porque E. coli es la bacteria más usada en biotecnología blanca, es decir, para producir grandes cantidades de material químico, como la artemisina para tratar la malaria o la insulina para la diabetes.
De E. coli se conoce extensivamente la genómica – hay decenas de cepas secuenciadas, desde algunas patológicas a otras que no lo son-, se conoce la proteómica de complejos (mapa de los complejos de proteínas) y es el organismo modelo donde se han hecho más estudios de metabolómica (el mapa de los ciclos metabólicos).
La información obtenida de estos estudios –omicos a gran escala ha permitido obtener el listado de los elementos moleculares de E. coli que intervienen en su funcionamiento. Pero para tener el plano total del ser vivo, de cómo trabaja y funciona, debía encararse el interactoma, es decir, las interacciones moleculares entre todos los elementos descritos, y en concreto, entre proteínas.
“Y esto hemos hecho”, dice el bioinformático Patrick Aloy. “El mapa presentado nos permite comenzar a ver la bacteria íntimamente y nos permite diseñar, por ejemplo, antibióticos para romper interacciones entre proteínas o desmantelar partes de su maquinaria molecular, o simplemente nos permite entender cómo funciona en toda su complejidad”, explica el investigador ICREA del IRB.
Su grupo en “Bioinformática estructural y biología de redes” ha llevado a cabo el análisis computacional de las redes de interacciones y ha modelado las estructuras tridimensionales. “Sin las estructures estás ciego y no puedes intervenir. Este trabajo nos ayuda a comprender cómo funcionan las redes que constituyen y regulan las funciones vitales de E. coli”, dice Aloy.
El trabajo bioinformático es obra de Roberto Mosca y Arnaud Ceol, investigadores postdoctorales de Aloy, con dos metadologías generadas en el laboratorio, Interactome 3D y NetAligner. “El mapa de Roberto y Arnaud es central en el artículo, ya que hemos permitido la anotación estructural y els análisis bioinformático de las redes de interacción, respecivamente”, detalla Aloy.
La última parte del trabajo ha sido confirmar “lo que ya se sospechaba”, explica Aloy, como que la bacteria E. coli es un buen organismo model y las conclusiones son extrapolables a muchas otras bacterias.
El estudio incluye una comparativa con los proteomas de 20 bacterias, muchas de las cuales son causantes de patologías severas, como las producidas por Helicobacter pylori, Vibrio cholera, Haemophilus influenzae, Neisseria meningitides y Yersinia pestis.
“Aportamos información útil para usos biotecnológicos, para entender patología y para diseñar drogas”, concluye Aloy, quien mantiene diversos proyectos de colaboración con el Instituto Craig Venter.
El diseño de nuevos fármacos para luchar contra las infecciones era el objetivo principal de l’AntiPathoGN, un proyecto de la Unión Europea finalizado en junio pasado del cual formaba parte el grupo de Aloy. Los resultados de este artículo en Nature Biotechnology se enmarcan también dentro de este proyecto europeo, que en los próximos meses, generará más resultados científicos.
Artículo de referencia:
The binary protein-protein interaction landscape of Escherichia coli
Seesandra V Rajagopala, Patricia Sikorski, Ashwani Kumar, Roberto Mosca, James Vlasblom, Roland Arnold, Jonathan Franca-Koh, Suman B Pakala, Sadhna Phanse, Arnaud Ceol, Roman Häuser, Gabriella Siszler, Stefan Wuchty, Andrew Emili, Mohan Babu, Patrick Aloy, Rembert Pieper & Peter Uetz.
Nature Biotechnology (2014) doi: 10.1038/nbt.2831
IRB Barcelona
El Instituto de Investigación Biomédica (IRB Barcelona) trabaja para conseguir una vida libre de enfermedades. Desarrolla una investigación multidisciplinar de excelencia para curar el cáncer y otras enfermedades vinculadas al envejecimiento. Establece colaboraciones con la industria farmacéutica y los principales hospitales para hacer llegar los resultados de la investigación a la sociedad, a través de la transferencia de tecnología, y realiza diferentes iniciativas de divulgación científica para mantener un diálogo abierto con la ciudadanía. El IRB Barcelona es un centro internacional que acoge alrededor de 400 científicos de más de 30 nacionalidades. Reconocido como Centro de Excelencia Severo Ochoa desde 2011, es un centro CERCA y miembro del Barcelona Institute of Science and Technology (BIST).
