“Desentrañando los secretos de la red de señalización del segundo mensajero c-di-GMP en Pseudomonas aeruginosa”
Felicitamos a Román A. Martino* – Daniel C. Volke*, Albano H. Tenaglia, Paula M. Tribelli, Pablo I. Nikel y Andrea M. Smania por su reciente publicación «Genetic Dissection of Cyclic di-GMP Signalling in Pseudomonas aeruginosa via Systematic Diguanylate Cyclase Disruption» en la revista Microbial Biotechnology
Resumen del trabajo
El reciente artículo publicado por el equipo liderado por Andrea Smania en Microbial Biotechnology representa un paso decisivo en la comprensión de cómo Pseudomonas aeruginosa —una de las denominadas “superbacterias”— regula su virulencia y formación de biofilms mediante el segundo mensajero c-di-GMP. La publicación, titulada «Genetic Dissection of Cyclic di-GMP Signalling in Pseudomonas aeruginosa via Systematic Diguanylate Cyclase Disruption», describe por primera vez la construcción de una cepa que carece de las 32 diguanilato ciclasas, enzimas encargadas de sintetizar este mensajero. La investigación no solo esclarece la redundancia funcional de las enzimas modificadoras de c-di-GMP, sino que también se apoya en una herramienta de edición genética multiplexing basada en CRISPR/nCas9, con aplicaciones prometedoras en biotecnología y medicina, desarrollada previamente por el mismo grupo (Volke & Martino et al., Nature Communications, 2022). A través de esta tecnología, introdujeron codones STOP en cada uno de los genes codificantes de las diguanilato ciclasas (con dominios GGDEF) de la cepa PA14, generando la mutante PA14Δ32.
“Esta cepa es una plataforma única para entender cómo funciona realmente esta red de señalización tan compleja. Nos permitió ver que no solo importa cuánto c-di-GMP hay, sino también dónde y cuándo se produce”, explica la Dra. Smania.
“Nuestra experiencia con esta cepa fue reveladora”.
Desde los primeros ensayos, quedó claro que la cepa PA14Δ32 había perdido por completo la capacidad de formar biofilms. Este hallazgo puso en evidencia cuán esencial es el mensajero c-di-GMP para que P. aeruginosa adopte un estilo de vida adherente, como el que presenta en superficies durante infecciones crónicas.
Uno de los comportamientos más afectados fue la motilidad. Aunque la bacteria seguía siendo capaz de nadar libremente en medios líquidos (swimming), perdió otras formas de movimiento asociadas a la interacción con superficies: el swarming (un desplazamiento coordinado sobre superficies blandas) y el twitching (una forma de arrastre por medio de apéndices llamados pili). La recuperación del twitching tras reintroducir una sola enzima eliminada, FimX, demostró que ciertas proteínas de esta red cumplen funciones muy específicas, difíciles de compensar por otras enzimas.
También se observó una marcada disminución en la producción de factores de virulencia, como pigmentos (piocianina, pioverdina) y enzimas extracelulares, todos ellos importantes para que la bacteria cause daño en el huésped. Esta disminución tuvo consecuencias visibles en modelos experimentales: por ejemplo, en la infección del nematodo Caenorhabditis elegans, la cepa mutante fue mucho menos dañina, y en ensayos de competencia con Staphylococcus aureus —una bacteria que comparte nichos ecológicos con P. aeruginosa— resultó menos eficaz para imponerse.
Por último, aunque algunas enzimas reintroducidas lograron aumentar nuevamente los niveles de c-di-GMP, esto no siempre fue suficiente para restaurar los comportamientos perdidos. Este resultado respalda la idea de que no solo importa cuánto c-di-GMP hay en la célula, sino también qué enzima lo genera, en qué momento y en qué lugar dentro de la célula. Una noción que apoya con fuerza el modelo de “señalización localizada”.
¿Por qué este trabajo marca una diferencia?
La construcción de la cepa PA14Δ32 representa un hito: al eliminar por completo la red de enzimas que sintetizan c-di-GMP, se obtuvo un “sistema en blanco” que ofrece una oportunidad sin precedentes para reintroducir, una por una, las enzimas eliminadas. Así, se abre la posibilidad de desentrañar el rol específico de cada componente y entender cómo se integra la compleja red en condiciones fisiológicas relevantes.
“Contar con una cepa como PA14Δ32 nos da una herramienta poderosa para entender mejor el comportamiento y la capacidad de adaptación de este patógeno, y así potencialmente poder diseñar nuevas estrategias terapéuticas y biotecnológicas basadas en el control de esta red de señalización”, concluye la investigadora.
Este avance es el fruto de una colaboración entre el laboratorio de la Dra. Andrea Smania —donde trabajan el Dr. Román Martino y el Dr. Albano Tenaglia—, el grupo del Dr. Pablo Nikel en el Centro de Biosostenibilidad de la Fundación Novo Nordisk (Universidad Técnica de Dinamarca), del que también forma parte el Dr. Daniel Volke, junto con la participación de Paula Tribelli (IQUIBICEN, UBA).