Study of the insertion sequence is6110 in mycobacterium tuberculosis beijing strains and its promoter activity

Abstract

Mycobacterium tuberculosis es el agente causal de la tuberculosis (TB). Esta enfermedad ha acompañado a la raza humana a lo largo de su historia y hoy en día sigue siendo una de las enfermedades infecciosas que causa mayor número de muertes en el mundo. Aunque se han realizado grandes avances en la lucha contra esta enfermedad, sigue siendo un problema de salud mundial. En la actualidad, una de las familias de M. tuberculosis que más atención atrae en todo el mundo es la familia Beijing, debido a que muestran importantes características patogénicas. Diferentes estudios han indicado que un tercio de los casos de tuberculosis a nivel mundial son causados por cepas de M. tuberculosis pertenecientes a la familia Beijing, siendo ésta una de las familias de M. tuberculosis con mayores tasas de morbilidad y mortalidad. Su capacidad de infección, así como su capacidad para propagarse rápidamente, probablemente se deban a ventajas genéticas y a mecanismos de virulencia aún no identificados. Entre los mecanismos propuestos causantes de las diferencias de virulencia entre los fenotipos de las cepas de M. tuberculosis se encuentran inserciones de la secuencia IS6110, deleciones duplicaciones y reorganizaciones genéticas. Se ha demostrado que esta secuencia puede aumentar la expresión de genes adyacentes actuando como un promotor móvil localizado en su extremo 3¿. El hecho de que las cepas de la familia Beijing tengan un mayor número de copias de IS6110 que otras familias, podría estar relacionado con las características especiales de virulencia y de transmisión de esta familia. La cepa de M. tuberculosis GC1237, perteneciente a la familia Beijing, ha demostrado una elevada capacidad de diseminación y transmisión dentro de una comunidad. Con el fin de comprender mejor algunos de los mecanismos de virulencia de las cepas Beijing y relacionarlos con la secuencia de inserción IS6110, se caracterizó el aislado clínico de M. tuberculosis GC1237. Se localizaron todas las copias de este elemento en el genoma de la cepa GC1237 y se realizó un análisis más detallado de una copia de IS6110 localizada a 31 nucleótidos del inicio del gen esencial Rv2179c y próxima al gen esencial aroG. Mediante el uso de varias técnicas se confirmó que esta copia de IS6110 está actuando como un promotor móvil del gen Rv2179c, tanto en cultivo líquido como en el interior del macrófago. A partir de estos resultados podemos sugerir que la sobre-expresión de este gen podría ser ventajosa para la cepa Beijing GC1237, al menos en ciertos entornos, como en el interior de las células infectadas. Además, esta localización resultó ser única de esta cepa lo que permitió el diseño de un test rápido para su detección. Por otro lado, en anteriores investigaciones se estudió la actividad promotora de IS6110 en la copia de IS6110 localizada en la región promotora del gen phoP en M. bovis MBZ. Debido a la condición MDR esta cepa, este estudio se llevó a cabo mediante el uso de dos plásmidos recombinantes en el interior M. smegmatis mc2155, en cual se observó un incremento en la transcripción del gen phoP en la construcción que contenía la IS6110. Con el objetivo de profundizar en el estudio del efecto de esta copia de IS6110 sobre el gen phoP, se realizaron nuevas construcciones de plásmidos que contenían esta región y se introdujeron en M. tuberculosis. A continuación, se analizó la actividad promotora de IS6110 por varios métodos y en condiciones diferentes, tanto en cultivo líquido como en el interior de macrófagos. Los resultados obtenidos confirmaron que esta copia de IS6110 está actuando como secuencia promotora del gen phoP. Este hecho cobra gran importancia ya que el gen phoP codifica para un factor de transcripción que regula ~2% del genoma de M. tuberculosis y está implicado en virulencia. Por último, dado que las cepas de M. tuberculosis Beijing contienen un mayor número de copias de IS6110 lo que podría aportar alguna ventaja a este genotipo, se realizó una búsqueda de puntos de inserción de IS6110 en 61 aislados clínicos, entre ellos 17 cepas Beijing y 44 cepas no-Beijing, los cuales presentaban un alto número de copias de este elemento. La ubicación de las copias de esta secuencia permitió la detección de los puntos de mayor frecuencia de inserción de IS6110, o ¿hot-spots¿, en las cepas Beijing. Estas localizaciones podrían ser la clave de algunas ventajas del genotipo Beijing y su estudio debe de ser tenido en cuenta en una futura investigación.