La gastroenteritis es una de las diez causas más importantes de muerte en el mundo, siendo la segunda más común en países en vías de desarrollo. Los virus tales como los norovirus y los rotavirus son, a su vez, una de las causas principales de gastroenteritis aguda en niños. Los norovirus son también los principales virus entéricos transmitidos por alimentos y afectan tanto a niños como adultos. La unión a carbohidratos es un mecanismo común que muchos virus y otros microorganismos utilizan para iniciar la infección en las células del hospedador.
Las glicosidasas son enzimas que catalizan la hidrólisis de un enlace que une un azúcar a otro azúcar o a otra molécula como una proteína o lípido. Algunos miembros de la microbiota (conjunto de microorganismos que incluyen bacterias, virus, hongos y parásitos) gastrointestinal de niños lactantes tienen una gran variedad de enzimas glicosidasas implicadas en la degradación de oligosacáridos de la leche humana, que son carbohidratos no conjugados y estructuralmente complejos que llegan al intestino del lactante como los primeros prebióticos. Los oligosacáridos de la leche humana tienen una composición y características estructurales idénticas a los antígenos de los grupos sanguíneos, los cuales están presentes como glicoconjugados en las superficies celulares del epitelio intestinal. Los antígenos de los grupos sanguíneos presentes en las células epiteliales actúan como receptores para virus entéricos incluyendo a rotavirus y norovirus.
En el ambiente gastrointestinal hay evidencias acerca de la interacción de las bacterias comensales con virus entéricos afectando el proceso de infectividad viral. Esta interacción tiene como resultado efectos tanto beneficiosos como perjudiciales para el hospedador debido a que la microbiota intestinal puede poseer efectos inhibitorios, pero también favorecer la infectividad viral a través de diversos mecanismos. De forma contraria a los virus de influenza A y los virus del SARS, los virus intestinales rotavirus y norovirus no presentan ninguna actividad glicosidasa. Debido a que estos enteropatógenos han co-evolucionado con la microbiota intestinal, nuestra hipótesis es que esta microbiota podría influenciar la infectividad viral proporcionando las actividades glicosidasa requeridas para que el virus se libere de sus receptores glicanos y poder continuar con los siguientes pasos en el proceso de infección viral. Al contrario, puesto que una etapa clave en el ciclo viral es la unión a los antígenos de los grupos sanguíneos que actúan como receptores, y estos glicanos son substratos de las glicosidasas de la microbiota intestinal, la eliminación de los receptores virales en el tracto gastrointestinal impediría el primer paso en la infección y ésta no prosperaría.
Los objetivos principales de este proyecto están dirigidos a identificar y caracterizar nuevas enzimas glicosidasas del metagenoma (conjunto de genes microbianos) de la microbiota gastrointestinal de niños lactantes y a evaluar su función en la protección o aumento de las infecciones causadas por rotavirus y norovirus. Además, se propone aislar especies bacterianas que expresen glicosidasas extracelulares y evaluar su potencial efecto antiviral. Por un lado, se determinará la función de las glicosidasas en la infectividad in vitro de rotavirus y norovirus humanos. Por otro lado, se analizará el efecto antiviral frente a rotavirus y norovirus de las glicosidasas en un modelo de enteroides y/o en un modelo animal.
Con este proyecto de investigación financiado por la AEI se espera por un lado avanzar en el conocimiento de la función de glicosidasas específicas en las interacciones virus/huésped, microbiota/virus y microbiota/huésped. Por otro lado, se espera disponer de una batería de nuevas enzimas glicosidasas para hidrolizar azúcares específicos presentes en glicoconjugados del epitelio intestinal y que son los receptores de unión de virus entéricos como rotavirus y norovirus. La disponibilidad de glicosidasas específicas (enzimas puros o bacterias que expresan glicosidasas) podría tener aplicaciones importantes para el desarrollo de alimentos funcionales o suplementos con actividad antiviral. Los conocimientos adquiridos podrían también permitir el desarrollo de nuevas terapias antivirales a través de intervenciones en la dieta para seleccionar una microbiota gastrointestinal con glicosidasas específicas asociadas a una infectividad reducida de rotavirus y norovirus. Además, las glicosidasas que se obtengan podrán ser utilizadas en otras aplicaciones biotecnológicas incluyendo la síntesis de oligosacáridos, en industrias de procesado de alimentos y farmacéuticas. Todas las aproximaciones requerirán procesos de innovación e implementación, y por lo tanto tendrán un impacto directo en la sociedad y en la economía.
María Jesús Yebra Yebra es Doctora en Biología por la Universidad de Oviedo y ha realizado una estancia postdoctoral durante tres años en la Wayne State University en Detroit, USA. Actualmente es Científica Titular del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) en el Instituto de Agroquímica y Tecnología de Alimentos. Dentro de las líneas de Investigación actuales destacan la caracterización y regulación genética del metabolismo de carbohidratos en las bacterias lácticas; la producción de metabolitos de interés en la industria alimentaria mediante ingeniería metabólica en bacterias lácticas; análisis molecular y funcional de glicosidasas microbianas; y el estudio de las propiedades bioactivas de los oligosacáridos de la leche humana, destacando el efecto prebiótico y la interacción con patógenos intestinales.
Jesús Rodríguez Díaz es Doctor por la Universidad de Valencia y ha realizado varias estancias postdoctorales en diferentes centros de investigación tanto nacionales, como internacionales. Dentro de la líneas de investigación actuales destacan el estudio de las relaciones virus hospedador, especialmente el reconocimiento de carbohidratos presentes en las mucosas por parte de rotavirus y norovirus; el estudio de la influencia de la microbiota intestinal en la infectividad viral con especial atención a los mecanismos subyacentes, incluyendo los efectos directos de la microbiota sobre los virus así como los efectos indirectos debidos a la modificación de las mucosas y la modulación del sistema inmune del hospedador; y el estudio de la respuesta inmune adaptativa a rotavirus y norovirus así como de los mecanismos evolutivos de los mismos que les permiten escapar a la respuesta inmune y perpetuar su infección a nivel poblacional.