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Interciencia
ISSN: 0378-1844
interciencia@ivic.ve
Asociación Interciencia
Venezuela
Souza, Valeria; Castillo, Amanda; Rocha, Martha; Sandner, Luisa; Silva, Claudia; Eguiarte, Luis E.
Ecología evolutiva de escherichia coli
Interciencia, vol. 26, núm. 10, octubre, 2001, pp. 513-517
Asociación Interciencia
Caracas, Venezuela
Disponible en: http://www.redalyc.org/articulo.oa?id=33906116
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http://www.redalyc.org
OCT 2001, VOL. 26 Nº 10 513
PALABRAS CLAVE / Escherichia coli / Genética de Poblaciones / Ecología de Poblaciones / Evolución de Patogénesis / Bacterias /
Recibido: 28/03/2001. Aceptado: 02/10/2001
Valeria Souza. Bióloga, Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM). Maestra en
Ciencias y Doctorada en Ecología, UNAM. Investigadora Titular y Jefa, Laboratorio de Evolución Molecular y Experimen-
tal, Departamento de Ecología Evolutiva, Instituto de Ecología, UNAM. Dirección: Apartado Postal 70-275, C.U., C.P. 04510,
México D.F., México. e-mail: souza@servidor.unam.mx
Amanda Castillo. Bióloga y estudiante de doctorado en Ciencias Biomédicas, UNAM. e-mail:
acobian@hotmail.com
Martha Rocha. Bióloga. Maestra en Ciencias y estudiante de doctorado en Ciencias Bioló-
gicas, UNAM. e-mail: markiwi@mixmail.com
Luisa Sandner. Bióloga, Clark University. Maestra en Ciencias, UNAM. e-mail:
lsandner@miranda.ecologia.unam.mx
Claudia Silva. Bióloga, Universidad Autónoma Metropolitana (Xochimilco). Maestra en
Ciencias y estudiante de doctorado en Ciencias Biomédicas, UNAM. e-mail: csilva@ miranda.ecologia.unam.mx
Luis E. Eguiarte. Biólogo, UNAM. Doctorado en Ecología, UNAM. Investigador Titular, La-
boratorio de Evolución Molecular y Experimental. Jefe, Departamento de Ecología Evolutiva, Instituto de Ecología, UNAM.
e-mail: fruns@servidor.unam.mx
ECOLOGÍA EVOLUTIVA DE
ESCHERICHIA COLI
VALERIA SOUZA, AMANDA CASTILLO, MARTHA ROCHA,
LUISA SANDNER, CLAUDIA SILVA y LUIS E. EGUIARTE
0378-1844/01/10/513-05 $ 3.00/0
os genomas reciente-
mente secuenciados de
Escherichia. coli (Blatt-
ner et al., 1997; Perna et al., 2001) y los
estudios de la genética de poblaciones de
numerosas especies (Caugant et al., 1983;
Selander et al., 1987; Souza et al., 1994,
1999) indican de manera definitiva que
las bacterias no son el organismo estable
que Gould (1994) sugiere: “the most
salient feature of life has been the stabili-
ty of its bacterial mode from the begin-
ning of the fossil record until today and,
with little doubt, into the future time so
long as the earth endures”. Esta visión es
superficial. Si bien las bacterias han cam-
biado poco morfológicamente, su genoma
es una entidad dinámica y cambiante, que
no ha dejado de evolucionar, manteniendo
un tamaño reducido y una aparente baja
complejidad. En este artículo revisaremos
el estado actual del conocimiento sobre la
biología evolutiva de E. coli, ilustrando la
compleja dinámica evolutiva que presen-
tan estas bacterias.
Los recientes avances en
el conocimiento de la genética y fisiolo-
gía de E. coli han sido espectaculares.
Conocemos el genoma entero de dos ce-
pas de esta especie (Blattner et al., 1997;
Perna et al., 2001), y es indudablemente
el genoma mejor entendido (“anotado”,
en la terminología genómica, en cerca del
70% de sus genes). También ha sido uti-
lizada como organismo modelo en estu-
dios evolutivos, tanto en poblaciones na-
turales (Selander, et al., 1987; Souza et
al., 1999) como en el laboratorio en estu-
dios denominados de “evolución experi-
mental” (Lenski y Travisano, 1994;
Eguiarte y Souza, 1993). Estos últimos,
han permitido entender mejor la acción
de las fuerzas evolutivas a diferentes es-
calas. Sin embargo, apenas comenzamos
a investigar la ecología y biología evolu-
tiva en poblaciones naturales.
Sistemática y Genética de E. coli:
E. coli es una bacteria
gram negativa de la familia Enterobacte-
riaceae. Análisis filogenéticos molecula-
res indican que pertenece a la subclase γ
de las proteobacterias (Logan, 1994). En
esta subclase se encuentran además otros
organismos patógenos de vertebrados,
como Shigella, Salmonella, Vibrio y
Haemophilus. Las enterobacterias se ca-
racterizan por ser capaces de respirar en
forma facultativa; en el ambiente exte-
rior son aerobias y en el interior del in-
testino son anaerobias. Gracias a esta
capacidad, muchos de los miembros de
esta familia son de vida libre, mientras
que otros son comensales de animales o
plantas (Logan, 1994). Por lo general, E.
coli utiliza azúcares sencillos como la
glucosa, produce ácido y gas en presen-
cia de lactosa y requiere nitrógeno solu-
ble (Holt, 1984).
514 OCT 2001, VOL. 26 Nº 10
La cepa K12 de E. coli
ha sido muy estudiada y el genoma de
una variante de esta cepa fue secuenciada
(Blattner et al., 1997). Esta cepa contiene
4639221 pares de bases de DNA circular
de doble cadena. El 87,8% de este geno-
ma codifica para proteínas, el 0,8% codi-
fica para RNAs y 0,7% consiste en DNA
repetido sin función conocida. Se estima
que alrededor del 11% del cromosoma
tiene funciones de regulación. Un 28% de
los 4288 ORFs (marcos de lectura abier-
ta) no tienen función conocida. Es posi-
ble que otras cepas de E. coli tengan di-
ferencias en su estructura genómica, ya
que se sospecha que los mapas no siem-
pre son colineales y hay variación en el
tamaño del genoma, de 4,4 a 5,5 mb
(megabases; Shu-Liu et al., 1993). La
otra cepa secuenciada, la patógena EHEC
(enterohemorrágica) O157:H7 ha sufrido
numerosos eventos de transferencia hori-
zontal desde que se separó de la K12 hace
aproximadamente 4 millones de años, y
tiene 1387 genes diferentes, los cuales in-
cluyen factores de virulencia, diferentes
rutas metabólicas, profagos, transposones
y funciones desconocidas (Perna et al.,
2001).
El estudio comparativo
de estos dos genomas indica que las ente-
robacterias están sujetas a mucha más re-
combinación vía transferencia horizontal
de lo que se había sospechado (Perna et
al., 2001). Este proceso genera genomas
bacterianos que consisten en mosaicos de
genes con diferentes historias evolutivas.
Por ejemplo, el contenido promedio de
GC en E. coli es del 50,8%, pero un nú-
mero importante de genes (17% del geno-
ma de la K12 y 26% de la O157:H7) con-
tienen diferentes proporciones de GC y un
índice de uso de codones muy diferente al
del resto del genoma. Por esta razón se ha
sugerido que estos genes provenían de
otros linajes bacterianos y fueron adquiri-
dos recientemente por transferencia hori-
zontal por E. coli. La tasa de transferencia
se ha estimado de 16 kilobases (kb) cada
millón de años (Lawrence y Ochman,
1998). Entre estos genes con contenido
GC diferente destacan las llamadas “islas
patogénicas” (regiones donde se encuen-
tran los genes que confieren capacidades
patógenas).
Existe información gené-
tica adicional en forma de elementos
extracromosomales o plásmidos. Éstos son
el componente más dinámico del genoma
bacteriano, ya que son fácilmente movili-
zables entre cepas. Los plásmidos son co-
múnes en E. coli, aunque esta bacteria
puede sobrevivir sin ningún plásmido o
por el contrario presentar un buen porcen-
taje de su genoma en estos elementos. Se
han descrito cerca de 300 tipos de plásmi-
dos en la especie (Boyd et al., 1996). En
ellos se puede encontrar información para
asimilar azúcares raros, para producir coli-
cinas (substancias que matan a posibles
competidores de la misma especie), resis-
tencias a antibióticos y a metales pesados,
inmunidadcontra fagos y colicinas, genes
que codifican para intercambio genético y
fimbrias relacionadas con la patogénesis y
toxinas. Generalmente la distribución de
un tipo de plásmido depende no sólo de
su rango de hospederos bacterianos, sino
que de un complejo sistema de incompati-
bilidad entre plásmidos de un mismo tipo.
No pueden ingresar a una bacteria plásmi-
dos nuevos pertenecientes a un tipo ya
existente (Madigan et al., 2000). La movi-
lización de plásmidos no está bien com-
prendida desde el punto de vista molecu-
lar. Sin embargo, se sabe que existen plás-
midos conjugativos, los cuales son capaces
de transferirse por sí mismos por medio
de la conjugación. Estos plásmidos son re-
lativamente grandes (al menos 25 kb) y
contienen los genes necesarios para el re-
conocimiento bacteria-bacteria, los genes
del pili sexual y los genes que permiten la
movilización del DNA. Los plásmidos no
conjugativos también pueden ser transferi-
dos por medio de la conjugación al ser
acarreados por plásmidos conjugativos. Es-
tos últimos se denominan plásmidos movi-
lizables y pueden ser de tamaños variados.
Muchos plásmidos son capaces de trans-
ferirse a sí mismos entre especies diferen-
tes (modelo panmíctico de distribución de
plásmidos, Souza y Eguiarte, 1997) como
lo demostraron Boyd y Hartl (1997) en
Salmonella y E. coli. Algunos de estos
plásmidos son sumamente exitosos, ya que
además de ser promiscuos, están sobre-re-
presentados en las poblaciones bacterianas;
estos son los denominados plásmidos epi-
démicos (Souza y Eguiarte, 1997) y son
los responsables de la adquisición por
transferencia horizontal de resistencia a
antibióticos o factores de virulencia. Sin
embargo, no todos los plásmidos son de
rango de hospedero amplio, ya que existen
plásmidos que sólo se transfieran vertical-
mente con sus cromosomas hospederos,
generando una fuerte coevolución entre
ambos genomas (plásmidos clonales, Sou-
za y Eguiarte, 1997), así como plásmidos
con transferencia limitada a genomas es-
pecíficos dentro de una misma especie
bacteriana.
La gran plasticidad genó-
mica de E. coli le confiere una plasticidad
ecológica extraordinaria. E. coli puede
adaptarse rápidamente a diferentes am-
bientes y es capaz de vivir como un orga-
nismo de vida libre o como comensal mu-
tualista del colon en mamíferos y aves.
Adicionalmente, en el interior de los orga-
nismos puede invadir otros nichos con éxi-
to, y de esta manera llegar a ser un pató-
geno mortal, muy competitivo en humanos
y animales.
Ecología de las Poblaciones de E. coli
A pesar de su abundan-
cia, el estudio de la ecología bacteriana
es extraordinariamente difícil y general-
mente se basa en medidas indirectas. Los
autores proponemos que la mejor forma
de entender su ecología es a través del
uso de marcadores genéticos y técnicas
de genética de poblaciones y evolución
molecular.
Tradicionalmente se con-
sidera que el hábitat natural de E. coli es
el colon de mamíferos y aves (Selander, et
al., 1987; Souza et al., 1999). En conse-
cuencia, las E. coli ambientales se inter-
pretan como resultado de contaminación
fecal, y se sospechaba que no se podían
reproducir en el medio exterior. Sin em-
bargo, resultados recientes indican que
existen cepas de E. coli que ocupan otros
nichos diferentes al colon. Entre estas des-
tacan las E. coli patógenas que pueden ha-
bitar en otras partes del tracto digestivo,
en la sangre, en el tracto urogenital y en
ambientes secundarios. Se ha encontrado
que las cepas del desagüe y del agua son
en general más diversas que las cepas ob-
tenidas directamente de los hospederos.
También se ha demostrado que las pobla-
ciones acuáticas y del suelo pueden incre-
mentar su densidad en el tiempo, indican-
do que crecen y sobreviven en estos am-
bientes externos (A. Cruz, Tesis en prepa-
ración). Estas investigaciones sugieren que
las E. coli de vida libre no pueden ser ex-
plicadas en su totalidad por contaminación
fecal (Pupo y Richardson, 1995; Parveen
et al., 1999; A. Cruz y A. Valera, comuni-
cación personal).
E. coli es una de las pri-
meras especies bacterianas que coloniza al
mamífero recién nacido, a partir del canal
de parto y de las heces de su madre
(Bettelheim, 1994). Las colonizaciones
posteriores se deben generalmente a la in-
gestión de alimentos contaminados. Se ha
calculado que la densidad de E. coli en el
intestino grueso de los mamíferos y aves
es de uno a diez millones de células por
gramo de colon (Selander et al., 1987).
Esto hace de E. coli un componente me-
nor de la microbiota de esta parte del in-
testino, que es predominantemente anaero-
bia y donde la densidad bacteriana total se
ha calculado de unas 1011 células por gra-
mo de colon (Selander et al., 1987). En el
intestino se estima que hay una bipartición
al día, mientras que en medio de cultivo
rico en el laboratorio se puede llegar a
más de 6 biparticiones (Selander et al.,
1987). Por otro lado, en condiciones bajas
OCT 2001, VOL. 26 Nº 10 515
principalmente de Estados Unidos y Euro-
pa, y algunas cepas provenientes de ani-
males en cautiverio. Este muestreo está
sesgado y no se pueden conocer realmente
a las poblaciones naturales de esta bacte-
ria, y menos sus patrones evolutivos. Por
esta razón iniciamos un estudio a largo
plazo de la ecología evolutiva de E. coli,
con un énfasis particular en poblaciones
en hospederos silvestres. El primer paso
fue organizar una colección de cepas de
varios continentes (principalmente de
América, Australia y Antártida) asociadas
a mamíferos y aves silvestres, así como
cepas del ambiente, incluyendo muestras
del aire, agua y suelo. Esta colección
cuenta actualmente con más de 2000 ce-
pas y la denominamos IECOL (Instituto
de Ecología, Colección de E. coli).
En un primer estudio uti-
lizamos 201 cepas asociadas a mamíferos,
en las que realizamos análisis de genética
de poblaciones usando 12 genes
polimórficos (alozimas). Estudiamos el uso
de 12 azúcares, la resistencia a 6 anti-
bióticos, sus serotipos, número y tamaño
de sus plásmidos. Encontramos que la di-
versidad es aún más alta que la reportada
a partir de cepas humanas (H=0,68). Asi-
mismo, existe una mayor diversidad gené-
tica en las cepas de México que en las de
Australia y cada grupo de organismos hos-
pederos presenta principalmente cierto
grupo de cepas relacionadas (Souza et al.,
1999). Las cepas de mamíferos de México
son las que presentan estadísticamente un
menor desequilibrio de ligamiento (Souza
et al., enviado). Eso indica que las E. coli
asociadas a mamíferos no son tan clonales
como sugerían los datos de cepas deriva-
das de humanos. Existen grupos de cepas,
como las asociadas a los carnívoros, roe-
dores y primates, donde la recombinación
es más frecuente que en las cepas de hos-
pederos con dietas muy específicas. Esti-
mamos que el tamaño efectivo de E. coli,
N
e
, es de 5,3 x 109, o sea, dos órdenes de
magnitud más alto que el calculado para
aislados humanos en México (Whittam y
Ake, 1993). Nuestro estimado del paráme-
tro de recombinación (c), es de casi dos
órdenes de magnitud mayor que la tasa de
mutación (c = 9,81 x 10-9; µ= 2 x 10-10).
Adicionalmente, encontramos cierto aisla-
miento geográfico, ya que la estimación
de la tasa de migración es menor en la
muestra global (m= 6,89 x 10-10) que den-
tro de México (m = 3,26 x 10-9).
Al estimar la tasa de re-
combinación comparando la congruencia
entre genealogías de diferentes genes con
los derivados del análisis de varios loci
(alozimas y ribotipos; Lecointre et al.,
1998), se observó que la recombinación
intragénica e intergénica en E. coli es más
importante que la mutación. En un estudio
de nutrientes, como el agua y el lodo, el
tiempo de bipartición es de alrededor del
10% de lo que se logra en el laboratorio
(Madigan et al., 2000). Usualmente hay
una cepa dominante de E. coli por hospe-
dero, pero la aparición de nuevos genoti-
pos indica que esta dominancia es sólo
temporal. Esta dinámica poblacional se
debe a procesos adaptativos, donde la me-
jor cepa desplaza a las demás (Caugantet
al., 1983) o bien a procesos puramente
aleatorios (deriva génica) (Madigan et al.,
2000).
Con respecto a la com-
petencia intraespecífica, las colicinas son
capaces de destruir a cepas de la misma
especie que no presentan el plásmido con
la colicina en cuestión, ya que el plásmido
le confiere inmunidad para su propia
colicina. Estos compuestos destruyen fun-
ciones críticas celulares como la produc-
ción de ATP (Madigan et al., 2000).
Genética de Poblaciones de E. coli.
En las bacterias la repro-
ducción no está ligada a la sexualidad
como en los eucariontes. Las bacterias se
dividen por fisión binaria, lo que genera
individuos clonales. Sin embargo, existen
procesos parasexuales de transferencia ho-
rizontal de información genética que, au-
nados a las mutaciones, generan variabili-
dad en las poblaciones. Por lo tanto, una
de las preguntas centrales en la genética
de poblaciones bacterianas es el grado de
clonalidad de las poblaciones y de las es-
pecies. Si las especies son muy clonales,
están constituidas por una colección de li-
najes evolutivos independientes. En estos
casos, es difícil hablar de especies, ya que
no tenemos un acervo genético común. En
el caso de clonalidad, se hace mucho más
difícil aplicar la teoría y conceptos clási-
cos de genética de poblaciones, y la evo-
lución va a estar dada por substituciones
de linajes completos, ya sea por selección
o por deriva génica. Por el contrario, si las
especies bacterianas presentan altos niveles
de recombinación, se obtienen poblaciones
panmícticas y se pueden aplicar aproxima-
damente las ideas sobre poblaciones y es-
pecies que usamos en los organismos di-
ploides. El problema fundamental es que
en la mayor parte de las bacterias se en-
cuentran en un punto intermedio: general-
mente presentan gran cantidad de posibles
mecanismos de recombinación, pero éstos
no suceden en cada generación (i.e., la re-
producción está desacoplada de la sexuali-
dad). Además, es difícil tener estimadores
directos del grado de sexualidad de las po-
blaciones bacterianas, y para estudiarlas se
deben utilizar métodos indirectos deriva-
dos de la teoría de la genética de pobla-
ciones.
Estudios clásicos sobre la
estructura genética y clonalidad de E. coli
revelaron altos niveles de variación genética
dentro de sus poblaciones (Milkman, 1973),
y han reportado valores de H que oscilan
desde 0,47 (Selander y Levin, 1980) hasta
0,52 (Whittam, et al., 1983). La H es la
medida de variación genética más utilizada
en este tipo de estudios. Sus valores oscilan
entre 0, si no hay variación, a un máximo
de 1, donde cada individuo de la población
presenta una forma alélica diferente
(Selander et al., 1987; Souza et al., 1994).
En estos análisis se encontraban relativa-
mente pocos genotipos multiloci en rela-
ción a todos los genotipos posibles si las
poblaciones fueran sexuales, sugiriendo que
la especie es clonal. De hecho, inicialmente
se estimó que el desequilibrio de ligamie-
nto (esta es una medida estadística que es 0
si lo genotipos se encuentran en las propor-
ciones que se esperan al azar a partir de las
frecuencias alélicas de cada gene) de E.
coli asociada a humanos y animales domés-
ticos era cercano al máximo (D cercana a
1), indicando que sólo se encuentran unos
cuantos genotipos de todos los posibles, o
sea que no hay recombinación entre las ce-
pas; (Selander y Levin, 1980). Al estimar
indirectamente el parámetro de recombina-
ción, se encontró que éste es muy bajo
(c=10-9), es decir, sólo un orden de magni-
tud mayor que la tasa de mutación (µ= 10-
10; Selander y Levin, 1980). La conclusión
de los estudios clásicos es que la recombi-
nación es un fenómeno raro en E. coli
(Selander y Levin, 1980; Caugant et al.,
1983; Selander et al., 1987; Dykhuzien y
Green, 1991; Souza et al., 1992). A partir
de estos datos, y usando la teoría de genéti-
ca de poblaciones, se calculó un tamaño
efectivo de la población (N
e
) cercano a 107
(Whittam y Ake, 1993), el cual es relativa-
mente bajo en relación al total de E. coli,
que se ha estimado en 1020 (Milkman y
Stolzfus, 1988), aunque suficientemente alto
para asegurar que la selección sea una fuer-
za evolutiva dominante (Selander et al.,
1987). La alta diversidad genética observa-
da se podría explicar por selección periódi-
ca y adaptación a nichos particulares
(Levin, 1981; Guttman, 1997). Por selec-
ción periódica se entiende el fenómeno en
el cual un genotipo desplaza selectivamente
a los otros presentes en la población. Esto
sólo sucede si tenemos poblaciones
asexuales, por lo que al surgir una muta-
ción favorecida por la selección natural se
reemplaza no sólo ese gen, sino el genotipo
completo.
Un Nuevo Paradigma Evolutivo
para E. coli.
Los estudios citados sólo
consideraban cepas asociadas a humanos,
516 OCT 2001, VOL. 26 Nº 10
con secuencias de cuatro genes metabóli-
cos, realizado con 50 cepas de la colec-
ción IECOL, encontramos que la diversi-
dad genética y la recombinación intragéni-
ca son en general mayores en las cepas
asociadas a animales que en las cepas aso-
ciadas a humanos (Peek et al., 2001; Peek
et al. enviado). Esta diferencia es especial-
mente clara en el gen gapA, el cual parece
haber sufrido una reducción en su diversi-
dad al invadir al humano.
De esta forma, nuestro
mejor muestreo y los nuevos estudios más
detallados sugieren que la biología básica
de E. coli es mucho más compleja e inte-
resante de lo que los estudios clásicos in-
dicaban. Existe una gran diversidad genéti-
ca y ecológica, así como una alta recom-
binación e intercambio genético. Estos fe-
nómenos permiten generar gran cantidad
de genotipos a pesar de no suceder en
cada generación. No sólo se mueven ge-
nes, sino que recombinan plásmidos y
fragmentos de genes. Algunas de estas
combinaciones resultan exitosas e invaden
nuevos nichos ambientales o nuevos hos-
pederos, y así continuamente están sur-
giendo nuevas variantes de E. coli que
pueden llegar a ser muy competitivas, co-
mo por ejemplo, la patógena O157:H7.
Esto genera una estructura poblacional con
ecotipos y al mismo tiempo cepas que
pueden vivir en gran cantidad de ambien-
tes que antes se creían secundarios o atí-
picos para la especie.
Mutación y Patogénesis en E. coli.
Recientemente, el estudio
de la mutación en microorganismos ha ad-
quirido un perfil interesante. En parte de-
bido a la controversia sobre la mutación
dirigida (Lenski et al., 1989) y en parte
por la propuesta reciente de Leclerc et al.
(1996) de que las bacterias patogénicas
como la O157: H7 presentan una tasa de
mutación más alta que las no patogénicas.
Según esta propuesta los errores en el sis-
tema de reparación constituyen una adap-
tación para su estilo de vida, ya que les
ayudaría a escapar al sistema inmune de
sus hospederos. Esta idea ha sido muy de-
batida. Existen estudios de evolución ex-
perimental (Sniegowski et al., 1997) y si-
mulaciones (de Visser et al., 1999; Taddei
et al., 1997; Tenaillon et al., 1999) que in-
dican que sólo en ciertas condiciones se
puede evolucionar hacia tasas de mutación
más altas que las mínimas posibles, espe-
cialmente en ambientes cambiantes y po-
blaciones pequeñas. En contraste, Kibota y
Lynch (1996) presentan un modelo donde
la hipermutabilidad siempre es inestable,
ya que son más las mutaciones deletéreas
que las que llevan al patógeno a adaptarse
y escapar del ataque del hospedero. Re-
cientemente Oliver et al. (2000) estudiaron
a pacientes con fibrosis cística sujetos a
varios años de altas dosis de antibióticos
para combatir a Pseudomonas aeruginosa.
Las P. aeruginosa de estos pacientes pre-
sentan un número significativamente ma-
yor de hipermutantes que las asociadas a
enfermos graves de otras enfermedades,
por lo que proponen que la hipermutación
es una adaptación que permite tanto resis-
tir a los antibióticos como sobrevivir a la
mucosa cambiante del pulmón del paciente
con esta enfermedad. Nosotros estamos es-
tudiando la tasa de mutación en parte de
la colección IECOL que presentan la isla
patogénica (LEE),y hemos detectado que
la presencia de un gen particular de esta
isla (intimina), está asociada con un ligero
aumento en la tasa de mutación inducible.
La Colección IECOL como una
Herramienta Evolutiva para el Estudio
de la Patogénesis
El principal objetivo de
nuestra colección IECOL es que funcione
como una herramienta para entender la
evolución de E. coli y que permita utili-
zar a esta bacteria como un organismo
modelo del proceso evolutivo. Así, hemos
explorado la evolución de un tipo particu-
lar de patogénesis, el cual es interesante
por la estrecha relación que tiene las bac-
terias enteropatógenas (EPEC) con sus
hospederos. Estas cepas causan un patrón
característico de lesión localizada (A/E),
en el cual las bacterias se adhieren al te-
jido y borran las vellosidades del intesti-
no. Los genes asociados a esta lesión se
encuentran tanto en un plásmido (EAF),
como en el cromosoma en una isla
patogénica (LEE; Donnenberg y Kaper,
1992).
En un dendrograma obte-
nido con alozimas de una muestra de 155
cepas de México, se localizó la presencia
de varios genes relacionados con la lesión
localizada (A/E): eae, espB (LEE), per y
bfp (plásmido EAF) (Sandner et al., 2001;
Rocha et al., enviado). Los genes eae y
espB se pueden encontrar juntos, forman-
do parte del LEE, o estar de manera inde-
pendiente en las cepas de los animales sa-
nos. Estos genes parecen tener otros pape-
les además de la patogénesis, ya que exis-
te un predominio del gen espB en los ani-
males con dietas especializadas, como son
los ungulados, manatíes, ballenas y mur-
ciélagos. En contraste, el gen eae es más
frecuente en las cepas asociadas a los co-
nejos, armadillos y osos hormigueros. Am-
bos genes independientes se encuentran
distribuidos por todo el dendrograma. Esto
sugiere que eae y espB son genes antiguos
en E. coli, y que tienen un papel en la
asociación normal con su hospedero
(Sandner et al., 2001). Encontramos que
los genes eae y tir son sumamente varia-
bles en sus secuencias y que el gen espB
es menos variable. Existe una asociación
entre tipos de secuencias de eae y tir , aun-
que ésto no es claro con espB. Por otra
parte, los genes plasmídicos per, bfp y eaf
nunca se detectan en las cepas asociadas a
animales silvestres y sólo se encuentran en
las cepas enteropatógenas y enterohemo-
rrágicas asociadas a humanos enfermos
(Rocha et al., enviado), lo cual hace pen-
sar que eventos de transferencia horizontal
dieron lugar a este tipo de patogénesis.
Conclusiones y Perspectivas
A pesar de que E. coli
es la bacteria mejor conocida del mundo,
apenas comenzamos realmente a entender
su ecología y su biología evolutiva. Es
claro que E. coli es una bacteria muy di-
versa y que su genoma es muy dinámico.
Además, no es el organismo clonal des-
crito en los primeros estudios de genética
de poblaciones. Es una bacteria con una
amplia y compleja sexualidad. Las com-
binaciones exitosas pueden dispersarse de
manera epidémica en las poblaciones hu-
manas o animales, dando una falsa señal
de clonalidad.
Las diversas herramien-
tas genéticas moleculares y de genética
de poblaciones abren la posibilidad de
realizar adecuados estudios ecológicos y
evolutivos en poblaciones bacterianas. Es-
tos estudios deben de estar basados en un
sólido conocimiento de sus poblaciones
naturales, su ecología y su biología. En
nuestros estudios con la colección IECOL
hemos tratado de avanzar en esta direc-
ción en E. coli, y ponemos nuestra colec-
ción a la disposición de las personas inte-
resadas en trabajar con ella.
AGRADECIMIENTOS
Los autores agradecen
las enseñanzas y discusiones de Richard
Lenski y Alejandro Cravioto y el apoyo
de Brandon Gaut, Rebecca Gaut y Andy
Peek en la secuenciación de varios genes
de E. coli y por sus valiosas discusiones;
a A. Navarro, R. Cerritos, A. Valera, A.
Cruz, L. Espinoza, y E. Mancera por su
ayuda técnica y a quienes han ayudado
en las colectas y el análisis discusión.
Este trabajo fue financiado por los pro-
yectos CONACYT 27557-M, 27983-N y
DGAPA IN-218698.
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