Genética Bacteriana

Líneas de investigación

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foto linea investigacion contorno.jpg 1. Identificación de los factores que estabilizan la topología del cromosoma: proteínas de unión al nucleoide, ncRNAs, interacciones intracromosómicas.

2. Regulación de la transcripción en respuesta a estrés topológico: localización in vivo de DNA topoisomerasas, RNA polimerasa y proteínas de unión al nucleoide.

3. Fluoroquinolonas: bombas de eflujo y efecto post-antibiótico.

4. Papel del DNA estructural en recombinación.

5. DNA topoisomerasa I como nueva diana antimicrobiana y acción de la seconeolitsina.

6. Diseño de RNAs antisentido y utilización del sistema CRISPR como nuevos agentes antibacterianos.

7. Papel regulador de ncRNAs en la expresión del pilus neumocócico.

Nuestro grupo estudia desde hace más de 30 años los mecanismos de resistencia a antibióticos en Streptococcus pneumoniae (Spn). Nuestros objetivos son conocer las bases moleculares de la acción de antimicrobianos, buscar nuevas dianas de acción y nuevos compuestos. La seconeolitsina (SCN) es uno de estos nuevos compuestos que tiene como diana la topoisomerasa I (Topo I). En cuanto a la búsqueda de nuevas dianas, nuestra investigación se ha centrado en los últimos años en los factores que organizan la topología del cromosoma, permitiendo una compactación (de unas 1.000-veces) óptima para armonizar su replicación, segregación cromosómica y expresión génica. Dicha compactación está mediada tanto por el nivel de superenrollamiento del DNA (Sc) como por la asociación a proteínas de unión al nucleoide (NAPs). El nivel de Sc depende principalmente de las actividades enzimáticas de sus DNA topoisomerasas, alcanzándose un equilibrio homeostático por las actividades opuestas de las topoisomerasas que relajan el DNA (Topo I y Topo IV), y de la girasa, que introduce Sc negativo.

Nuestro grupo ha caracterizado las 3 topoisomerasas de Spn y 2 NAPs: HU y SatR. Asimismo, la disponibilidad de antibacterianos que inhiben cada una de las topoisomerasas de Spn, nos ha permitido analizar su transcriptoma en condiciones de cambio local o global del nivel de Sc y definir dominios de genes de transcripción coordinada y funciones similares. Las fluoroquinolonas, que inhiben la Topo IV y la girasa, producen cambios locales del Sc que inducen alteraciones del 6% del transcriptoma, alterando rutas metabólicas que originan un incremento de especies reactivas de oxígeno (ROS) que contribuyen a la letalidad, de acuerdo con el mecanismo general de los antibióticos bactericidas. Por otra parte, la inducción de cambios globales en Sc por novobiocina (NOV, inhibidor de la girasa), o por SCN (inhibidor de Topo I), nos ha permitido definir dominios topológicos (ver apartado A en la figura). Los cambios globales del Sc (ver apartado B en la figura) incluyen la regulación de los genes de las topoisomerasas: su disminución activa la transcripción de los genes de la girasa (gyrA, gyrB) e inhibe los de la de Topo IV (parEC) y la Topo I (topA); el aumento del Sc regula la expresión de topA. La disminución del Sc afecta al 37% del genoma, con >68% de los genes agrupados en 15 dominios. El incremento del Sc afecta al 10% del genoma, con 25% de los genes agrupados en 12 dominios. El contenido en AT en el genoma se correlaciona con los dominios, siendo más alto en los dominios UP que en los DOWN. Los genes de los diferentes dominios tienen características funcionales comunes, lo que indica que han estado sometidos a una presión selectiva de carácter topológico para determinar la localización de genes implicados en metabolismo, virulencia y competencia.

Los objetivos actuales del grupo son:
1.   Identificación de los factores que estabilizan la topología del cromosoma: NAPs, ncRNAs, interacciones intracromosómicas.
2.   Regulación de la transcripción en respuesta a estrés topológico: localización in vivo de DNA topoisomerasas, RNA polimerasa y NAPs.
3.   Topo I como nueva diana antimicrobiana y acción de SCN.
4.   Diseño de RNAs antisentido y utilización del sistema CRISPR como nuevos agentes antibacterianos.

Proyectos de investigación

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1: Título del proyecto: Interacción entre superenrollamiento del DNA y la transcripción en el patógeno humano Streptococcus pneumoniae.

Investigador Principal: Adela González de la Campa
Entidad financiadora: Ministerio de Ciencia e Innovación, Agencia Estatal de Investigación (Convocatoria «Proyectos I+D+I» 2020 - Modalidades «Retos Investigación» y «Generación de Conocimiento»). Referencia: PID2021-124738OB-100. 2022-2025. Importe 108.900€

2: Título del proyecto: Estudio de los factores que organizan el cromosoma de Streptococcus pneumoniae: nuevas dianas de antibióticos y mecanismos de resistencia.

Investigador Principal: Adela González de la Campa
Entidad financiadora: Ministerio de Economía, Industria y Competitividad. Agencia Estatal de Investigación. Referencia: BIO2017-82951-R. 2018-2020. Importe 169.400€

3: Título del proyecto: Papel de las DNA topoisomerasas y de las proteínas de unión al nucleoide en la organización del cromosoma de Streptococcus pneumoniae: respuesta a antibióticos y virulencia.

Investigador Principal: Adela González de la Campa
Entidad financiadora: Ministerio de Economía y Competitividad. Secretaría de Estado de Investigación, Desarrollo e Innovación. Referencia: BIO2014-55462. 2015-2017. Importe 193.600€

4: Título del proyecto: The control of supercoiling level in Streptococcus pneumoniae as an antimicrobial target

5: Título del proyecto: Papel de los pequeños RNAs no codificantes en la patogenicidad de Streptococcus pneumoniae.

Investigador Principal: Mónica Amblar Esteban
Entidad financiadora: Ministerio de Economía y Competitividad. Acción Estratégica de Salud (AES). Referencia: PI11/00656. 2012-2015. Importe 198.714€

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Physiologic and transcriptomic effects triggered by overexpression of wild type and mutant DNA topoisomerase I in Streptococcus pneumoniae

García-López M, Hernández P, Megias D, Ferrándiz MJ, de la Campa AG. Int J Mol Sci. 2023; 24:15800.

PUBMED DOI

StaR Is a positive regulator of topoisomerase I activity involved in supercoiling maintenance in Streptococcus pneumoniae

de Vasconcelos Junior AA, Tirado-Vélez JM, Martín-Galiano AJ, Megias D, Ferrándiz MJ, Hernández P, Amblar M, de la Campa AG. Int J Mol Sci. 2023; 24:5973.

PUBMED DOI

The balance between gyrase and topoisomerase I activities determines levels of supercoiling, nucleoid compaction, and viability in bacteria

García-López M, Megias D, Ferrándiz MJ, de la Campa AG. Front Microbiol. 2023; 11;1094692.

PUBMED DOI

Role of PatAB transporter in efflux of levofloxacin in Streptococcus pneumoniae

Amblar M, Zaballos A, de la Campa AG. Antibiotics. 2022; 17:1837.

PUBMED DOI

Seconeolitsine, the novel inhibitor of DNA topoisomerase I, protects against invasive pneumococcal disease caused by fluoroquinolone-resistant strains.

Tirado-Vélez JM, Carreño D, Sevillano D, Alou L, Yuste J, de la Campa AG. Antibiotics 2021; 10:573.

PUBMED DOI

Genome-wide proximity between RNA polymerase and DNA topoisomerase I supports transcription in Streptococcus pneumoniae

Ferrándiz M-J, Hernández P, de la Campa AG. PLoS Genet. 2021; 17:e1009542.

PUBMED DOI

A Small Non-Coding RNA Modulates Expression of Pilus-1 Type in Streptococcus pneumoniae

Acebo P, Herranz C, Bernal-Espenberger L, Gómez-Sanz A, Terron MC, Luque D and Amblar M. Microorganisms. 2021; 9:1883.

PUBMED DOI

Reactive oxygen species production is a major factor directing the post-antibiotic effect of fluoroquinolones in Streptococcus pneumoniae

García MT, Valenzuela MV, Ferrándiz MJ, de la Campa AG. Antimicrob Agents Chemother. 2019; 63:e00737-19.

PUBMED DOI

HU of Streptococcus pneumoniae is essential for the preservation of DNA supercoiling

Ferrándiz MJ, Carreño D, Ayora S, de la Campa AG. Front Microbiol. 9:493 (2018).

PUBMED DOI

Boldine-derived alkaloids inhibit the activity of DNA topoisomerase I and growth of Mycobacterium tuberculosis.

García MT, Carreño D, Tirado-Vélez JM, Ferrándiz MJ, Rodrigues L, Gracia B, Amblar M, Ainsa JA*, de la Campa AG. Front Microbiol. 9:493 (2018).

PUBMED DOI

Absence of tmRNA has a protective effect against fluoroquinolones in Streptococcus pneumoniae

Brito L, Wilton J, Ferrándiz MJ, Gómez-Sanz A, de la Campa AG, Amblar M. Front. Microbiol. 7:2164 (2017).

PUBMED DOI

Bridging chromosomal architecture and pathophysiology of Streptococcus pneumoniae

Martín-Galiano AJ, Ferrándiz MJ, de la Campa AG. Genome Biol Evol. 2017; 9:350-361.

PUBMED DOI

Upregulation of the PatAB transporter confers fluoroquinolone resistance to Streptococcus pseudopneumoniae

Alvarado M, Martín-Galiano AJ, Ferrándiz MJ, Zaballos A, de la Campa AG. Front Microbiol. 8:2074 (2017).

PUBMED DOI

A novel typing method for Streptococcus pneumoniae using selected surface proteins

Domenech A, Moreno J, Ardanuy C, Liñares J, de la Campa AG, Martin-Galiano AJ. Front Microbiol. 2016; 31;7:420.

PUBMED DOI

An increase in negative supercoiling in bacteria reveals topology-reacting gene clusters and a homeostatic response mediated by the DNA topoisomerase I gene

Ferrándiz MJ, Martín-Galiano AJ, Arnanz C, Camacho-Soguero I, Tirado-Vélez JM, de la Campa AG. 2016. Nucl Acids Res. 44:7292-7303 (2016).

PUBMED DOI

Reactive oxygen species contribute to the bactericidal effects of the fluoroquinolone moxifloxacin in Streptococcus pneumoniae

Ferrándiz MJ, Martín-Galiano AJ, Arnanz C, Zimmerman T, de la Campa AG. Antimicrob Agents Chemother. 60:409-417 (2016).

PUBMED DOI

The fluoroquinolone levofloxacin triggers the transcriptional activation of iron transport genes that contribute to cell death in Streptococcus pneumoniae.

Ferrándiz MJ, de la Campa AG. Antimicrob Agents Chemother. 58:247-257 (2014)

PUBMED DOI

Fluoroquinolone-resistant pneumococci: dynamics of serotypes and clones in Spain in 2012 compared with those from 2002 and 2006

Domenech A, Tirado-Vélez JM, Fenoll A, Ardanuy C, Yuste J, Liñares J, de la Campa AG. Antimicrob Agents Chemother. 58:2393-2399 (2014).

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Noelia Martínez Montes

Técnico Superior FP2

Código ORCID:

Técnico Superior de Laboratorio Clínico y Biomédico por el IES Moratalaz en 2019. Trabajó 10 meses como Técnico del laboratorio de Urgencias del Hospital Universitario Reina Sofía años y 1 año y 9 meses en distintos laboratorios del Hospital Universitario La Paz. Desde marzo de 2023 trabaja en nuestro laboratorio en el Centro Nacional de Microbiología del ISCIII con un Contrato de Técnico Superior de Laboratorio del Plan Garantía Juvenil de la CAM
Antonio Alexandre de Vasconcelos

Becario predoctoral - Gobierno de Brasil

Código ORCID:

Graduado en Farmacia en 2009 por la Universidad Federal de Ceará, Brasil, realizó una estancia en el Laboratorio de Microbiología de Levaduras de la misma Universidad. En 2013 cursó un Máster en “Microbiología y Parasitología: Investigación y Desarrollo en la Universidad Complutense de Madrid. Del 2015 al 2018 trabajó en el Servicio de Microbiología Clínica de Laboratorio Clementino Fraga (Brasil). Desde el 2020 es becario Predoctoral en el Centro Nacional de Microbiología del ISCIII con una beca del “Conselho Nacional de Desenvolvimiento Cientifico e Tecnologico” del Gobierno de Brasil.
Mónica Amblar Esteban

Científico Titular

Código ORCID: 0000-0003-3530-615X

Licenciada en Biología en 1993 y Doctora en 2000 por la Universidad Complutense de Madrid. Realizó su tesis doctoral en el laboratorio de la Dra. Paloma López del Centro de Investigaciones Biológicas del CSIC. Posteriormente trabajó durante 5 años y medio en el Instituto de Tecnología Química e Biológica/Universidade Nova de Lisboa, de Oeiras (Portugal) en el laboratorio de la Profa. Cecilia M. Arraiano. Tras esta etapa posdoctoral se reincorporó al Centro de Investigaciones Biológicas del CSIC donde trabajó durante 2 años como Investigador Postdoctoral contratado en el laboratorio de la Dra. Paloma López. Posteriormente se incorporó al Centro Nacional de Microbiología del ISCIII con un contrato Ramón y Cajal y en el año 2010 obtuvo una posición de Científico titular de OPI con destino en el mismo centro.
María José Ferrándiz Avellano

Científico Titular

Código ORCID: 0000-0003-1428-9506

Licenciada en Biología en 1990 y Doctora en 1997 por la Universidad Complutense de Madrid. Realizó su tesis doctoral en el Centro de Investigaciones Biológicas del CSIC en el laboratorio del Dr. Miguel Vicente. Su etapa posdoctoral se llevó a cabo entre el laboratorio de la Dra. Adela González de la Campa en el Centro Nacional de Microbiología (CNM) del Instituto de Salud Carlos IIII (ISCIII) (1998-2001 y 2003-2006) y el laboratorio del Profesor Paul Williams del Institute of Infections and Immunity de la Universidad de Nottingham (2001-2003). Participó como investigadora colaboradora del CIBER de Enfermedades Respiratorias (CIBERES) desde 2007 a 2015. Es Científico Titular del ISCIII en el Centro Nacional de Microbiología desde 2006.
Adela González de la Campa

Investigador Científico

Código ORCID: 0000-0002-3598-2548

Licenciada en Biología en 1981 y Doctora en 1985 por la Universidad Complutense de Madrid. Realizó su tesis doctoral en el laboratorio del Dr. Miguel Vicente del Centro de Investigaciones Biológicas del CSIC. Posteriormente trabajó durante 2 años en el Brookhaven National Laboratory, Upton, New York, EEUU en el laboratorio de Sandord Lacks. Tras esta etapa posdoctoral en EEUU, trabajó durante 3 años como Becario de Reincorporación en el Centro de Investigaciones Biológicas del CSIC en el laboratorio del Dr. Manuel Espinosa. Es Científico titular del CSIC desde 1990 e Investigador Científico desde 2007. Participó como jefe de grupo del CIBER de Enfermedades Respiratorias (CIBERES) desde 2007 a 2015.

Listado de personal

Información adicional

Streptococcus pneumoniae es un patógeno humano que, a pesar del desarrollo de vacunas, continúa siendo una importante causa de mortalidad y morbilidad. Nosotros investigamos los mecanismos de resistencia a antibióticos en esta bacteria. Por una parte identificando nuevas dianas terapéuticas y por otra investigando las bases moleculares de la acción de antibióticos ya utilizados en clínica (las fluoroquinolonas levofloxacina y moxifloxacina) o todavía no utilizados (seconeolitsina). Para ello utilizamos un análisis multidisciplinar implicando genómica, transcriptómica y proteómica para conocer la organización del cromosoma de S. pneumoniae y la identificación de los factores que estabilizan dicha organización, incluyendo ncRNAs. Cambios en el nivel de superenrollamiento global, bien por inhibición de la girasa (disminución) o por inhibición de la topoisomerasa I (incremento) altera el transcriptoma. Los genes modulados se localizan en dominios, cuyos genes muestran características funcionales específicas. Se pretende identificar nuevos factores esenciales para la fisiología de S. pneumoniae y caracterizar la regulación de la transcripción en respuesta a estrés topológico. Además, se utilizará la tecnología del RNA de interferencia y sistemas CRISPR como nuevos antibacterianos. Estos estudios sentarán las bases para una investigación translacional dirigida al desarrollo de nuevas dianas terapéuticas para el tratamiento de enfermedades neumocócicas.

Investigación