Formación de linajes bacterianos en Salmonella enterica por mecanismos epigenéticos

Abstract

Mientras que la capacidad de las células eucarióticas para diversificarse en linajes se describe incluso en los libros de texto, tradicionalmente se ha considerado que las bacterias eran clones de células idénticas. Según este punto de vista, los programas bacterianos de desarrollo deberían considerarse excepcionales. Sin embargo, el desarrollo de tecnologías de análisis de células individuales ha revelado que la heterogeneidad fenotípica no se restringe a los programas bacterianos de desarrollo sino que es un fenómeno común. Aunque la formación de subpoblaciones bacterianas puede observarse en el laboratorio, tal vez sea especialmente relevante en ambientes naturales, ya sea como una estrategia adaptativa (ej., para evadir el sistema inmune u otras defensas) o como una apuesta anticipatoria que permita responder a posibles cambios ambientales. He aquí dos ejemplos de formación de subpoblaciones bacterianas por mecanismos no mutacionales: Resistencia epigenética a kanamicina (PNAS 111: 355-360, 2014). El gen ompC de Salmonella codifica una porina que permite la entrada de la kanamicina en la célula. La expresión del gen ompC es ruidosa, y las células con bajo nivel de expresión son resistentes a kanamicina. A su vez, el estrés de membrana causado por la kanamicina reduce la expresión de ompC. En presencia de kanamicina, las células con poca porina OmpC sobreviven y la represión del gen ompC genera un lazo autocatalítico negativo que sostiene y/o amplifica el estado que permitió la supervivencia. De este modo se genera una subpoblación resistente a kanamicina. Resistencia epigenética a fagos (PLOS Genetics 11:e1005667, 2015 y Nucleic Acids Research 44: 3595-3609, 2016). El operón opvAB de Salmonella codifica proteínas (OpvA y OpvB) que alteran la longitud del antígeno O del lipopolisacárido, confiriendo resistencia a diversos fagos y reduciendo la virulencia como contrapartida. La expresión de opvAB está sujeta a cambio de fase, y los estados opvAB-ON y opvAB-OFF son propagados mediante patrones heredables de metilación Dam en el promotor de opvAB. En presencia de un fago virulento que use el antígeno O como receptor, la población opvAB-OFF (virulenta) es lisada y la subpoblación opvAB-ON (avirulenta) sobrevive. Sin embargo, la variación de fase permite la resurrección de la subpoblación opvAB-OFF (virulenta) tan pronto como el fago desaparece. Por tanto, el control epigenético de la estructura del antígeno O preadapta Salmonella al encuentro con fagos con un coste que es meramente transitorio.