Mycobacterium smegmatis es una especie bacteriana acidorresistente del filo Actinomycetota y del género Mycobacterium . Tiene una longitud de 3,0 a 5,0 μm con forma de bacilo y se puede teñir mediante el método de Ziehl-Neelsen y el método de fluorescencia de auramina-rodamina. Se informó por primera vez en noviembre de 1884, cuando encontraron un bacilo con la apariencia de tinción de bacilos tuberculosos en chancros sifilíticos . Posteriormente, Alvarez y Tavel encontraron organismos similares al descrito por Lustgarten también en secreciones genitales normales ( esmegma ). Este organismo fue posteriormente denominado M. smegmatis . [1]
Algunas especies del género Mycobacterium han sido recientemente renombradas como Mycolicibacterium , de modo que M. smegmatis es ahora Mycolicibacterium smegmatis . [2] [3]
M. smegmatis , que anteriormente se consideraba un organismo inmóvil, utiliza un mecanismo de deslizamiento que le permite moverse por su entorno. Henrichsen [4] lo define como "un tipo de translocación de superficie producida por las fuerzas expansivas en un cultivo en crecimiento en combinación con propiedades especiales de la superficie de las células que resultan en una fricción reducida entre la célula y el sustrato". Esencialmente, las bacterias forman una lámina de una sola capa y pueden moverse juntas lentamente sin el uso de ninguna estructura extracelular, como flagelos o pili. Aunque no se ha determinado exactamente cómo funciona este mecanismo, se ha descubierto que las propiedades de la superficie de la pared celular única (Figura 1) de M. smegmatis desempeñan un papel. Por ejemplo, esta capacidad de deslizamiento se correlaciona con la presencia de glicopeptidolípidos (GPL) en la parte más externa de la pared celular. Los GPL son moléculas anfifílicas que podrían disminuir potencialmente las interacciones de la superficie o crear una película acondicionadora que permita el movimiento. Aunque no se conoce el papel exacto de los GPL en el deslizamiento, sin ellos M. smegmatis no tiene la capacidad de translocarse. [5]
M. smegmatis generalmente se considera un microorganismo no patógeno; sin embargo, en algunos casos muy raros, puede causar enfermedades. [6]
Mycobacterium smegmatis es útil para el análisis de investigación de otras especies de Mycobacteria en experimentos de laboratorio. M. smegmatis se utiliza comúnmente en trabajos sobre el género Mycobacterium debido a que es un "crecedor rápido" y no patógeno. M. smegmatis es un modelo simple con el que es fácil trabajar, es decir, tiene un tiempo de duplicación rápido y solo requiere un laboratorio de nivel 1 de bioseguridad . El tiempo y la gran infraestructura necesarios para trabajar con especies patógenas impulsaron a los investigadores a utilizar M. smegmatis como modelo para las especies de micobacterias. [ cita requerida ]
Mycobacterium smegmatis comparte la misma estructura peculiar de pared celular de M. tuberculosis y otras especies de micobacterias. [7] También es capaz de oxidar monóxido de carbono aeróbicamente, al igual que M. tuberculosis. [ cita requerida ]
Los sistemas de secreción bacteriana son complejos y vías proteicas especializadas que permiten a los patógenos bacterianos secretar proteínas a través de sus membranas celulares y, en última instancia, a las células hospedadoras. Estas proteínas efectoras son factores de virulencia importantes, que permiten que el patógeno sobreviva dentro del hospedador. Hay muchos tipos diferentes de sistemas de secreción específicos, y M. tuberculosis tiene un sistema de secreción de proteínas Snm (secreción en micobacterias), ahora llamado sistema de secreción ESX. Aunque el sistema de secreción ESX es clave para determinar la virulencia de M. tuberculosis , todas las micobacterias tienen genes que codifican los componentes de este sistema. Esta área del genoma se conoce como el locus RD1. M. smegmatis se usa comúnmente para estudiar la secreción de ESX debido a sus similitudes genéticas y función análoga a M. tuberculosis , así como a la facilidad de cultivo en el laboratorio. Un ejemplo de cómo se puede aplicar esto en la investigación es la identificación de productos genéticos necesarios para la secreción de ESX. Al eliminar genes en el locus RD1 de M. smegmatis y probar la eficiencia de la secreción de ESX antes y después de la eliminación del gen, se pueden identificar genes específicos necesarios para la secreción de ESX. Estos hallazgos se pueden aplicar al sistema de secreción de ESX de M. tuberculosis . [8]
Mycobacterium smegmatis se puede cultivar fácilmente en la mayoría de los medios de laboratorio sintéticos o complejos, donde puede formar colonias visibles en 3 a 5 días. Estas propiedades lo convierten en un organismo modelo muy atractivo para M. tuberculosis y otros patógenos micobacterianos. M. smegmatis mc 2 155 también se utiliza para el cultivo de micobacteriófagos . [ cita requerida ]
Al igual que muchas otras bacterias, se sabe que M. smegmatis utiliza los niveles traza de hidrógeno en la atmósfera como fuente de energía. En 2023, los investigadores informaron que extrajeron de M. smegmatis una hidrogenasa llamada Huc, que es muy eficiente para oxidar el gas hidrógeno (y así crear una corriente eléctrica ), al mismo tiempo que es insensible a la presencia de oxígeno , que normalmente obstruye la catálisis . [9] Este descubrimiento ofrece un potencial significativo para la energía verde . [ cita requerida ]
El TIGR y otros laboratorios han secuenciado los genomas de múltiples cepas de M. smegmatis , incluidas la cepa "salvaje" (mc 2 155) y algunas cepas resistentes a los antibióticos (4XR1/R2). [10] El genoma de la cepa mc 2 155 tiene una longitud de ~6,9 Mbp y codifica ~6400 proteínas [11], lo que es relativamente grande para una bacteria (a modo de comparación, el genoma de E. coli codifica alrededor de 4000 proteínas).
Esta especie comparte más de 2000 genes homólogos con M. tuberculosis y, por lo tanto, es un buen organismo modelo para estudiar las micobacterias en general y la altamente patógena M. tuberculosis en particular; sin embargo, solo 12 de los 19 genes de virulencia en M. tuberculosis tienen homólogos en M. smegmatis . [12] [13] [14] [15]
El descubrimiento de plásmidos , fagos y elementos genéticos móviles ha permitido la construcción de sistemas específicos de inactivación génica y de reporteros génicos. La cepa M. smegmatis mc 2 155 es hipertransformable y ahora es el caballo de batalla de la genética micobacteriana. [ cita requerida ]
La transformación es un proceso por el cual una célula bacteriana absorbe el ADN que ha sido liberado por otra célula en el medio circundante y luego incorpora ese ADN a su propio genoma por recombinación homóloga (ver Transformación (genética) ). Las cepas de M. smegmatis que tienen una maquinaria de reparación del ADN particularmente eficiente, como lo indica su mayor resistencia a los efectos dañinos del ADN de agentes como los rayos UV y la mitomicina C, demostraron ser las más capaces de experimentar transformación. [16] Esto sugiere que la transformación en M. smegmatis es un proceso de reparación del ADN, presumiblemente un proceso de reparación recombinacional, como lo es en otras especies bacterianas. [17]
La transferencia de ADN conyugal en M. smegmatis requiere un contacto estable y prolongado entre una cepa donante y una receptora, es resistente a la DNasa y el ADN transferido se incorpora al cromosoma del receptor mediante recombinación homóloga. Sin embargo, a diferencia del conocido sistema de conjugación Hfr de E. coli , en M. smegmatis todas las regiones del cromosoma se transfieren con eficiencias comparables y la conjugación micobacteriana se basa en cromosomas, en lugar de plásmidos. Gray et al. [18] informaron de una mezcla sustancial de los genomas parentales resultante de la conjugación y se refirieron a esta mezcla como reminiscente de la observada en los productos meióticos de la reproducción sexual (véase Origen de la reproducción sexual ). [ cita requerida ]
Mycobacterium smegmatis depende de las vías de reparación del ADN para resistir el daño del ADN. Las roturas de doble cadena son especialmente amenazantes para la viabilidad bacteriana. M. smegmatis tiene tres opciones para reparar las roturas de doble cadena: recombinación homóloga (HR), unión de extremos no homólogos (NHEJ) y recocido de cadena simple (SSA) . [19] La vía HR de M. smegmatis es el principal determinante de la resistencia a la radiación ionizante y al daño oxidativo del ADN. Esta vía implica el intercambio de información entre un cromosoma dañado y otro cromosoma homólogo en la misma célula. Depende de la proteína RecA que cataliza el intercambio de cadenas y de la proteína ADN que actúa como una nucleasa presináptica. [19] La HR es un proceso de reparación preciso y es la vía preferida durante el crecimiento logarítmico. [20]
La vía NHEJ para reparar roturas de doble cadena implica la reunificación de los extremos rotos. No depende de un segundo cromosoma homólogo. Esta vía requiere la proteína Ku y una ligasa de ADN polifuncional especializada dependiente de ATP (ligasa D). [21] La NHEJ es eficiente pero imprecisa. El sellado de los extremos romos del ADN dentro de una secuencia génica funcional ocurre con una frecuencia de mutación de alrededor del 50%. [21] La NHEJ es la vía preferida durante la fase estacionaria y protege a M. smegmatis contra los efectos nocivos de la desecación. [20]
La SSA se utiliza como vía de reparación cuando se produce una rotura de doble cadena entre secuencias repetidas directamente en el ADN. La SSA implica la resección de una sola cadena, la hibridación de las repeticiones, la eliminación del colgajo, el relleno de los huecos y la ligadura. En M. smegmatis, la vía de la SSA depende de la helicasa-nucleasa RecBCD. [19]