La Academia Chilena de Ciencias galardonó con el premio Tesis de Doctorado 2020, al Dr. en Ciencias Biomédicas de la Universidad de Chile, David Montero, en la categoría Ciencias Naturales.
Montero, obtuvo la distinción con la tesis “Locus de Adhesión y Autoagregación (LAA), una Nueva Isla de Patogenicidad Presente en Cepas Emergentes de Escherichia coli, Productor de Shiga Toxina LEE-negativo”, en la que estudió la epidemiología genómica y mecanismos de patogenicidad de cepas emergentes de Escherichia coli productor de Shiga toxina (STEC).
La Escherichia coli es una bacteria que habita en el intestino de muchos mamíferos, incluido el humano. La gran mayoría de estas bacterias son comensales, es decir, son beneficiosas para el organismo. Sin embargo, existen algunas cepas de E. coli que causan enfermedades tanto en humanos como en animales. Por ejemplo, existen cepas de E. coli que causan en el humano gastroenteritis, infecciones del tracto urinario y sepsis, las que de no ser tratadas pueden conllevar a la muerte.
Estas E. coli patógenas pueden causar enfermedades debido a que a lo largo de su evolución han adquirido genes de virulencia. En el caso de las E. coli que causan gastroenteritis, los genes de virulencia pueden codificar para toxinas o para proteínas que le permiten a la bacteria adherirse a la mucosa intestinal, competir contra la microbiota residente, colonizar el intestino y finalmente causar diarrea.
¿De qué se trata esta investigación?
El investigador realizó el estudio a un grupo de cepas de E. coli que producen una toxina llamada Shiga. Este grupo de bacterias es conocido como Escherichia coli productor de Shiga toxina, o abreviadamente como STEC, por sus siglas en inglés.
“Las STEC colonizan el intestino humano y causan diarrea acuosa o con sangre. Sin embargo, en algunos casos, particularmente en niños menores de 5 años, las infecciones por STEC son muy graves y el paciente puede desarrollar un Síndrome Hemolítico Urémico, que es una enfermedad potencialmente mortal. En estos casos, la shiga toxina se disemina a través de la sangre y llega hasta los riñones y el sistema nervioso central causando daño en dichos órganos. -Detalló Montero-
“La shiga toxina es el principal factor de virulencia de estos patógenos. Sin embargo, para causar estas enfermedades, la bacteria debe primero colonizar el intestino. Por lo tanto, es relevante estudiar lo que hace la shiga toxina, pero también es importante descubrir como estos patógenos logran colonizar el intestino”.
Montero explica que, en una primera etapa de la investigación, “secuenciamos y analizamos cientos de genomas de STEC, buscando precisamente los genes que codifican para las proteínas que participan en los mecanismos de adhesión y colonización de estas bacterias. Para esto, utilizamos distintas herramientas bioinformáticas y algoritmos que nos permitieron encontrar las regiones de ADN que estaban presentes exclusivamente en las STEC y no en las cepas E. coli comensales. Luego de analizar en detalle estas regiones de ADN, encontramos varios genes en ellas que participan en mecanismos de infección. Además, logramos demostrar que algunas de estas regiones de ADN son elementos genéticos móviles (EGM) que son adquiridos desde otras bacterias. Entre los EGM identificados está el Locus de Adhesión y Autoagregación (LAA), donde se codifican varios genes que le permiten a la bacteria adherirse a células humanas y autoagregarse (adhesión entre las mismas bacterias).”
“En una segunda etapa, a través de experimentos de infección en ratones, logramos demostrar que LAA ayuda a que las STEC puedan colonizar el intestino. Por ejemplo, eliminamos LAA del genoma de la bacteria, y observamos que esta deleción afectó su capacidad para colonizar el intestino y que, además, atenuó su virulencia.
Finalmente, logramos determinar que este grupo de patógenos ha ido adquiriendo y acumulando una serie de EGM, lo que posiblemente ha hecho que sean bacterias cada vez más virulentas. Esto explicaría el aumento de casos clínicos asociados a STEC.”
Montero añade que esta Tesis doctoral fue realizada en el laboratorio del Dr. Roberto Vidal, ubicado en el Programa de Microbiología y Micología de la Facultad de Medicina de la Universidad de Chile. Este laboratorio lleva más de 20 años estudiando a las E. coli que causan enfermedades en el humano, incluidas las STEC. “Esta investigación nace de resultados obtenidos en trabajos de grado anteriores y de varios proyectos FODECYT regulares adjudicados al Dr. Vidal.”
Un importante aporte a la ciencia
Esta investigación ha ayudado a entender la biología y evolución de STEC, así como a identificar marcadores moleculares para su vigilancia epidemiológica. “Los resultados de esta Tesis sugieren que la adquisición acumulativa de EGM podría jugar un rol importante en el aumento de la virulencia y en la emergencia de este patógeno. La relevancia de estos descubrimientos se amplifica debido a que este proceso evolutivo podría ocurrir también en otros patógenos bacterianos. Así, esta investigación tiene un impacto científico que va más allá del microorganismo estudiado.”
Es muy importante destacar que, en el 2018, la Organización de las Naciones Unidas para la Alimentación y la Agricultura recomendó que algunos genes de virulencia identificados en esta investigación fueran incorporados en esquemas de vigilancia epidemiológica, lo que demuestra el gran impacto generado por esta Tesis.
Sumado a lo anterior, esta investigación dio origen a 4 artículos científicos que fueron publicados en revistas de alto impacto, incluyendo “Emerging Microbes & Infections” y “Scientific Reports”, ambas del grupo editorial Nature.
La Tesis doctoral del Dr. Montero ya había sido galardonada como la mejor Tesis Doctoral en Microbiología del año 2018 por la Sociedad de Microbiología de Chile, y ahora como la mejor Tesis Doctoral en Ciencias Naturales del 2020 por la Academia Chilena de Ciencias.
