Phylogenetic Analysis of cpn60 UT region reveal oligonucleotide regions for the detection of prominent Enterobacteriaceae pathogens

Las bacterias están en todas partes y, aunque la mayoría son inofensivas, una familia específica conocida como Enterobacteriaceae incluye a varios alborotadores notorios. Este grupo contiene organismos como E. coli, Salmonella y Shigella, que pueden causar enfermedades graves cuando las personas consumen alimentos o agua contaminados. Durante décadas, los científicos han dependido del cultivo de estas bacterias en un laboratorio para identificarlas, un proceso que es lento y que a menudo tarda una semana o más en ofrecer una respuesta definitiva. Mientras tanto, los brotes pueden propagarse y los pacientes esperan el tratamiento. Para acelerar las cosas, los investigadores han recurrido a herramientas moleculares que buscan las huellas genéticas únicas de estos invasores. Sin embargo, encontrar un marcador genético que sea lo suficientemente específico como para atrapar a todos los miembros peligrosos de esta familia, pero lo suficientemente diferente como para ignorar a las bacterias inofensivas, ha sido un desafío persistente.

Un equipo de investigadores del Instituto de Tecnologías de Biodefensa de la Defensa en la India ha abordado este problema centrándose en una parte específica del genoma bacteriano llamada gen cpn60. Este gen está presente en casi todas las bacterias y actúa como un ayudante molecular, asegurando que las proteínas se plieguen en las formas correctas para funcionar adecuadamente. Dentro de este gen se encuentra una región conocida como el "objetivo universal", un tramo de ADN que varía lo suficiente entre diferentes especies bacterianas para distinguirlas, pero que permanece lo suficientemente estable dentro de una familia específica como para ser reconocido como un grupo. Los investigadores plantearon la hipótesis de que esta región podría servir como un objetivo fiable para una prueba rápida que distinga a las Enterobacteriaceae peligrosas de otras bacterias.

Para probar esta idea, el equipo primero recopiló datos genéticos de 236 secuencias diferentes de esta región de genes específica encontrada en diversas patógenas de Enterobacteriaceae. Utilizaron un software informático para alinear estas secuencias una al lado de la otra, buscando patrones. Este análisis reveló que las bacterias podían clasificarse en 13 grupos distintos según su composición genética. Mientras que algunos grupos eran muy similares entre sí, otros mostraban diferencias significativas. Crucialmente, los investigadores descubrieron dos tramos cortos de ADN dentro de estas secuencias que permanecían notablemente consistentes en toda la familia, incluso cuando el resto del gen cambiaba. Estos tramos estables actuaron como un lenguaje común compartido por todas las bacterias objetivo, lo que los convirtió en puntos perfectos para diseñar una herramienta de detección.

Utilizando estas regiones conservadas, los científicos diseñaron un conjunto de cebadores moleculares. En términos sencillos, los cebadores son piezas cortas de material genético que actúan como puntos de partida para que una máquina copie un segmento específico de ADN. Debido a que las bacterias de esta familia no son todas idénticas, los investigadores tuvieron que crear cebadores "degenerados". Esto significa que los cebadores fueron diseñados con un código flexible que podía coincidir con múltiples variaciones de la secuencia de ADN al mismo tiempo, asegurando que la prueba funcionara para E. coli, Salmonella, Klebsiella y otros miembros de la familia, independientemente de su cepa específica. Luego construyeron un ensayo de PCR en tiempo real, una técnica que amplifica el ADN y se ilumina con un colorante fluorescente si el objetivo está presente, permitiendo una confirmación visual inmediata.

El equipo probó su nuevo ensayo en el laboratorio utilizando cultivos puros de bacterias. Cuando introdujeron ADN de E. coli, la prueba funcionó rápidamente, detectando las bacterias tras solo 13 ciclos de amplificación y produciendo una señal clara. La prueba demostró ser altamente sensible, capaz de detectar tan solo 10 células bacterianas en un mililitro de líquido. Más importante aún, la prueba fue altamente específica. Cuando los investigadores ejecutaron la misma prueba con ADN de Staphylococcus aureus y Listeria monocytogenes —dos bacterias peligrosas que no forman parte de la familia Enterobacteriaceae— la máquina permaneció en silencio. No se produjo ninguna señal, confirmando que los cebadores no se engancharon accidentalmente a las bacterias equivocadas. Esta especificidad se mantuvo constante en todas las diferentes cepas patógenas de Enterobacteriaceae que probaron, incluyendo varios tipos de Salmonella y Shigella.

Los investigadores reconocen que, si bien la prueba funciona perfectamente en cultivos de laboratorio puros, aún no ha sido validada en muestras complejas del mundo real, como alimentos o muestras clínicas de pacientes. También señalan que el estudio utilizó un número limitado de cepas bacterianas para la validación. Sin embargo, los resultados demuestran que la región objetivo universal del cpn60 es un marcador viable y prometedor para identificar a este peligroso grupo de bacterias. Al ofrecer un método que es más rápido que el cultivo tradicional y más específico que las pruebas genéticas anteriores, este enfoque podría ayudar eventualmente a los laboratorios de diagnóstico a identificar amenazas transmitidas por alimentos y agua mucho más pronto, potencialmente limitando la propagación de infecciones y salvando vidas.