Los sistemas CRISPR-Cas son módulos de inmunidad adquiridos por transferencia horizontal en bacterias. Están compuestos por genes denominados de forma genérica como cas y por una serie de secuencias llamadas espaciadores, provenientes de entradas previas de ADN exógeno, principalmente elementos genéticos móviles como fagos y plásmidos. En 2017 se estableció lo que se denominó la materia oscura de los CRISPR, en referencia al origen desconocido del 90% de los espaciadores, los cuales no se parecen a ninguna secuencia conocida. La era genómica permite ahora analizar miles de genomas bacterianos, construyendo pangenomas útiles para estudiar el genoma accesorio de una especie dada. Nuestro grupo ha analizado computacionalmente cerca de 70.000 genomas de seis especies bacterianas pertenecientes al grupo ESKAPE, de interés en clínica. Realizando pangenomas de estas especies, ha encontrado que las 2 especies grampositivas de este grupo (Enterococcus faecium y Staphylococcus aureus) presentan sistemas CRISPR-Cas en sólo el 1% de sus genomas, mientras que en las gramnegativas este número se acerca al 50% en algunas de las especies (Klebsiella pneumoniae, Acinetobacter baumannii, Pseudomonas aeruginosa y Enterobacter cloacae). Utilizando machine learning, hemos buscado los genes que aparecen frecuentemente asociados a los sistemas CRISPR-Cas, encontrando que un significativo número de ellos codifican para proteínas de membrana. Estas proteínas forman parte, por ejemplo, de sistemas de resistencia a diferentes tipos de estrés. Además, algunas de ellas son conocidas por actuar como receptores de bacteriófagos, por lo que hipotetizamos que las bacterias que los presentan podrían necesitar sistemas CRISPR-Cas para controlar la infección del fago. Esta hipótesis fue validada al estudiar los profagos y espaciadores presentes en estas cepas bacterianas. Adicionalmente, gracias a la gran cantidad de genomas analizados, pudimos reducir drásticamente la materia oscura de los CRISPR del 90% a casi un 20% en tres de las especies analizadas, lo que demuestra que el estudio de pangenomas permite un mayor conocimiento de sus sistemas CRISPR-Cas. En la actualidad, estamos analizando en detalle las secuencias reconocidas por los espaciadores de los diferentes tipos de sistemas CRISPR-Cas, habiendo encontrado una interesante relación con los llamados fago-plásmidos, fagos que bajo determinadas circunstancias permanecen como elementos extracromosómicos.

Ministerio de Ciencia e Innovación (PID2020-114861GB-I00) y Fondo Regional Europeo y Conserjería de Transformación Económica, Industria, Conocimiento y Universidades de la Junta de Andalucía (PY20_00871).

Resumen del trabajo presentado en la XIII Reunión del grupo especializado en Microbiología Molecular de la SEM, celebrada en Granada (España) del 07 al 09 de septiembre de 2022.