Bacteriófago

Virus that infects and replicates within bacteria

"Phage" vuelve a dirigir aquí. Para otros usos, vea Phage (desambiguación) .

Modelo estructural a resolución atómica del bacteriófago T4 ^[1]

La estructura de un bacteriófago miovirus típico .

Ciclo de anatomía e infección del fago T4 .

Un bacteriófago ( / b æ k t ɪər i oʊ f eɪ dʒ / ), también conocido informalmente como un fago ( / f eɪ dʒ / ), es un virus que infecta y se replica dentro de las bacterias y arqueas . El término se deriva de "bacteria" y del griego φαγεῖν ( phagein ), que significa "devorar". Los bacteriófagos están compuestos por proteínas que encapsulan un ADN o Genoma de ARN , y puede tener estructuras que son simples o elaboradas. Sus genomas pueden codificar tan solo cuatro genes (por ejemplo, MS2 ) y hasta cientos de genes . Los fagos se replican dentro de la bacteria después de la inyección de su genoma en su citoplasma .

Los bacteriófagos se encuentran entre las entidades más comunes y diversas de la biosfera . ^{[2] Los} bacteriófagos son virus ubicuos que se encuentran dondequiera que existan bacterias. Se estima que hay más de 10 ³¹ bacteriófagos en el planeta, más que cualquier otro organismo de la Tierra, incluidas las bacterias, juntos. ^[3] Los virus son la entidad biológica más abundante en la columna de agua de los océanos del mundo y el segundo componente más grande de biomasa después de los procariotas , ^[4] donde se han encontrado hasta 9x10 ⁸ viriones por mililitro en las capas microbianas de la superficie. ^[5] y hasta el 70% de las bacterias marinaspuede estar infectado por fagos. ^[6]

Los fagos se han utilizado desde finales del siglo XX como alternativa a los antibióticos en la ex Unión Soviética y Europa Central, así como en Francia. ^{[7] [8]} Se ven como una posible terapia contra cepas de muchas bacterias resistentes a múltiples fármacos (ver terapia con fagos ). ^[9] Por otro lado, se ha demostrado que los fagos de Inoviridae complican las biopelículas involucradas en la neumonía y la fibrosis quística y protegen a las bacterias de los medicamentos destinados a erradicar la enfermedad, promoviendo así la infección persistente. ^[10]

Clasificación

Los bacteriófagos se encuentran abundantemente en la biosfera, con diferentes genomas y estilos de vida. Los fagos son clasificados por el Comité Internacional de Taxonomía de Virus (ICTV) según su morfología y ácido nucleico.

Bacteriófago P22, miembro de los Podoviridae por morfología debido a su cola corta no contráctil

Clasificación ICTV de virus procarióticos (bacterianos y arqueales) ^[2]

Pedido	Familia	Morfología	Ácido nucleico	Ejemplos de
Belfryvirales	Turriviridae	Envuelto, isométrico	ADN de doble cadena lineal
Caudovirales	Ackermannviridae	Cola contráctil no envuelta	ADN de doble cadena lineal
	Autographiviridae	Cola no envuelta, no contráctil (corta)	ADN de doble cadena lineal
	Chaseviridae		ADN de doble cadena lineal
	Demerecviridae		ADN de doble cadena lineal
	Drexlerviridae		ADN de doble cadena lineal
	Guenliviridae		ADN de doble cadena lineal
	Herelleviridae	Cola contráctil no envuelta	ADN de doble cadena lineal
	Myoviridae	Cola contráctil no envuelta	ADN de doble cadena lineal	T4 , Mu , P1 , P2
	Siphoviridae	Cola no envuelta, no contráctil (larga)	ADN de doble cadena lineal	λ , T5 , HK97 , N15
	Podoviridae	Cola no envuelta, no contráctil (corta)	ADN de doble cadena lineal	T7 , T3 , Φ29 , P22
	Rountreeviridae		ADN de doble cadena lineal
	Salasmaviridae		ADN de doble cadena lineal
	Schitoviridae		ADN de doble cadena lineal
	Zobellviridae		ADN de doble cadena lineal
Halopanivirales	Sphaerolipoviridae	Envuelto, isométrico	ADN de doble cadena lineal
	Simuloviridae	Envuelto, isométrico	ADN de doble cadena lineal
	Matshushitaviridae	Envuelto, isométrico	ADN de doble cadena lineal
Haloruvirales	Pleolipoviridae	Envuelto, pleomórfico	SsDNA circular, dsDNA circular o dsDNA lineal
Kalamavirales	Tectiviridae	No envuelto, isométrico	ADN de doble cadena lineal
Ligamenvirales	Lipothrixviridae	Envuelto, en forma de varilla	ADN de doble cadena lineal	Virus Acidianus filamentoso 1
	Rudiviridae	No envuelto, en forma de varilla	ADN de doble cadena lineal	Virus 1 con forma de bastoncillo de Sulfolobus islandicus
Mindivirales	Cystoviridae	Envuelto, esférico	DsRNA lineal	Φ6
Norzivirales	Atkinsviridae	No envuelto, isométrico	SsRNA lineal
	Duinviridae	No envuelto, isométrico	SsRNA lineal
	Fiersviridae	No envuelto, isométrico	SsRNA lineal	MS2 , Qβ
	Solspiviridae	No envuelto, isométrico	SsRNA lineal
Petitvirales	Microviridae	No envuelto, isométrico	SsDNA circular	ΦX174
Primavirales	Tristromaviridae	Envuelto, en forma de varilla	ADN de doble cadena lineal
Timlovirales	Blumeviridae	No envuelto, isométrico	SsRNA lineal
	Steitzviridae	No envuelto, isométrico	SsRNA lineal
Tubulavirales	Inoviridae	No envuelto, filamentoso	SsDNA circular	M13
	Paulinoviridae	No envuelto, filamentoso	SsDNA circular
	Plectroviridae	No envuelto, filamentoso	SsDNA circular
Vinavirales	Corticoviridae	No envuelto, isométrico	ADN ds circular	PM2
Durnavirales	Picobirnaviridae (propuesta)	No envuelto, isométrico	DsRNA lineal
Sin asignar	Ampullaviridae	Envuelto, en forma de botella	ADN de doble cadena lineal
	Autolykiviridae	No envuelto, isométrico	ADN de doble cadena lineal
	Bicaudaviridae	Sin envolver, en forma de limón	ADN ds circular
	Clavaviridae	No envuelto, en forma de varilla	ADN ds circular
	Finnlakeviridae	No envuelto, isométrico	SsDNA circular	FLIP [11]
	Fuselloviridae	Sin envolver, en forma de limón	ADN ds circular
	Globuloviridae	Envuelto, isométrico	ADN de doble cadena lineal
	Guttaviridae	No envuelto, ovoide	ADN ds circular
	Halspiviridae	Sin envolver, en forma de limón	ADN de doble cadena lineal
	Plasmaviridae	Envuelto, pleomórfico	ADN ds circular
	Portogloboviridae	Envuelto, isométrico	ADN ds circular
	Thaspiviridae	Sin envolver, en forma de limón	ADN de doble cadena lineal
	Spiraviridae	No envuelto, en forma de varilla	SsDNA circular

Se ha sugerido que los miembros de Picobirnaviridae infectan bacterias, pero no mamíferos. ^[12]

También hay muchos géneros no asignados de la clase Leviviricetes : Chimpavirus , Hohglivirus , Mahrahvirus , Meihzavirus , Nicedsevirus , Sculuvirus , Skrubnovirus , Tetipavirus y Winunavirus que contienen genomas de ssRNA lineales ^[13] y el género Lilyvirus no asignado del orden Caudovirales que contiene un genoma de dsDNA lineal.

Historia

Félix d'Herelle

En 1896, Ernest Hanbury Hankin informó que algo en las aguas de los ríos Ganges y Yamuna en la India tenía una marcada acción antibacteriana contra el cólera y podía pasar a través de un filtro de porcelana muy fino. ^[14] En 1915, el bacteriólogo británico Frederick Twort , superintendente de la Brown Institution de Londres, descubrió un pequeño agente que infectaba y mataba bacterias. Creía que el agente debía ser uno de los siguientes:

1. una etapa en el ciclo de vida de las bacterias
2. una enzima producida por las propias bacterias, o
3. un virus que creció y destruyó la bacteria ^[15]

La investigación de Twort se vio interrumpida por el inicio de la Primera Guerra Mundial , así como por la escasez de fondos y los descubrimientos de antibióticos.

Independientemente, el microbiólogo francocanadiense Félix d'Hérelle , que trabaja en el Instituto Pasteur de París , anunció el 3 de septiembre de 1917 que había descubierto "un microbio invisible y antagonista del bacilo de la disentería ". Para d'Hérelle, no había dudas sobre la naturaleza de su descubrimiento: "En un instante lo había entendido: lo que causaba mis manchas claras era de hecho un microbio invisible ... un virus parásito de las bacterias". ^[16] D'Hérelle llamó al virus bacteriófago, un devorador de bacterias (del griego phagein que significa "devorar"). También registró un relato dramático de un hombre que sufría de disentería y que los bacteriófagos le devolvieron la buena salud.^[17] Fue D'Herelle quien realizó muchas investigaciones sobre bacteriófagos e introdujo el concepto de terapia con fagos . ^[18]

Premios Nobel otorgados por la investigación de fagos

En 1969, Max Delbrück , Alfred Hershey y Salvador Luria recibieron el Premio Nobel de Fisiología o Medicina por sus descubrimientos sobre la replicación de virus y su estructura genética. ^[19] Específicamente, el trabajo de Hershey, como colaborador del experimento Hershey-Chase en 1952, proporcionó evidencia convincente de que el ADN, no las proteínas, era el material genético de la vida. Delbrück y Luria llevaron a cabo el experimento de Luria-Delbrück que demostró estadísticamente que las mutaciones en bacterias ocurren al azar y, por lo tanto, siguen principios darwinianos más que lamarckianos .

Usos

Terapia de fagos

Artículo principal: Terapia de fagos

Se descubrió que los fagos eran agentes antibacterianos y se utilizaron en la ex República Soviética de Georgia (iniciada allí por Giorgi Eliava con la ayuda del co-descubridor de bacteriófagos, Félix d'Herelle ) durante las décadas de 1920 y 1930 para el tratamiento de infecciones bacterianas. Tuvieron un uso generalizado, incluido el tratamiento de los soldados del Ejército Rojo . Sin embargo, fueron abandonados para uso general en Occidente por varias razones:

• Los antibióticos se descubrieron y comercializaron ampliamente. Eran más fáciles de preparar, almacenar y recetar.
• Se llevaron a cabo ensayos médicos de fagos, pero una falta básica de comprensión planteó dudas sobre la validez de estos ensayos. ^[20]
• La publicación de la investigación en la Unión Soviética se realizó principalmente en los idiomas ruso o georgiano y durante muchos años no se siguió a nivel internacional.

El uso de fagos ha continuado desde el final de la Guerra Fría en Rusia, ^[21] Georgia y en otras partes de Europa Central y Oriental. La primera regulada, aleatorizado, doble ciego ensayo clínico se informó en el Journal of Wound Care en junio de 2009, que evaluó la seguridad y eficacia de un cóctel bacteriófago infectado tratar las úlceras venosas de la pierna en pacientes humanos. ^[22] La FDA aprobó el estudio como ensayo clínico de fase I. Los resultados del estudio demostraron la seguridad de la aplicación terapéutica de bacteriófagos, pero no mostraron eficacia. Los autores explicaron que el uso de ciertos productos químicos que son parte del cuidado estándar de heridas (por ejemplo, lactoferrinao plata) puede haber interferido con la viabilidad del bacteriófago. ^[22] Poco después de eso, otro ensayo clínico controlado en Europa Occidental (tratamiento de infecciones de oído causadas por Pseudomonas aeruginosa ) se informó en la revista Clinical Otolaryngology en agosto de 2009. ^[23] El estudio concluye que las preparaciones de bacteriófagos eran seguras y eficaces para el tratamiento. de las infecciones crónicas del oído en humanos. Además, se han realizado numerosos ensayos clínicos en animales y otros ensayos clínicos experimentales que evalúan la eficacia de los bacteriófagos para diversas enfermedades, como quemaduras y heridas infectadas e infecciones pulmonares asociadas a la fibrosis quística, entre otras. ^[23]

Mientras tanto, los investigadores de bacteriófagos han estado desarrollando virus modificados para superar la resistencia a los antibióticos y manipulando los genes del fago responsables de codificar las enzimas que degradan la matriz de la biopelícula, las proteínas estructurales del fago y las enzimas responsables de la lisis de la pared celular bacteriana. ^{[5] [6] [7]} Se han obtenido resultados que muestran que los fagos T4 que son de tamaño pequeño y de cola corta pueden ser útiles para detectar E. coli en el cuerpo humano. ^[24]

La eficacia terapéutica de un cóctel de fagos se evaluó en un modelo de ratón con infección nasal de A. baumannii multirresistente (MDR) . Los ratones tratados con el cóctel de fagos mostraron una tasa de supervivencia 2,3 veces mayor que los no tratados siete días después de la infección. ^[25] En 2017, un paciente con un páncreas comprometido por MDR A. baumannii recibió varios antibióticos, a pesar de esto, la salud del paciente continuó deteriorándose durante un período de cuatro meses. Sin antibióticos efectivos, el paciente fue sometido a terapia con fagos utilizando un cóctel de fagos que contenía nueve fagos diferentes que habían demostrado ser efectivos contra MDR A. baumannii.. Una vez en esta terapia, la trayectoria clínica descendente del paciente se revirtió y recuperó la salud. ^[26]

D'Herelle "aprendió rápidamente que los bacteriófagos se encuentran dondequiera que prosperen las bacterias: en las alcantarillas, en los ríos que atrapan los desechos de las tuberías y en las heces de los pacientes convalecientes". ^[27] Esto incluye ríos que tradicionalmente se pensaba que tenían poderes curativos, incluido el río Ganges de la India . ^[28]

Otro

Industria alimentaria : los fagos se han utilizado cada vez más para proteger los productos alimenticios y prevenir las bacterias dañinas . ^[29] Desde 2006, la Administración de Drogas y Alimentos de los Estados Unidos (FDA) y el Departamento de Agricultura de los Estados Unidos (USDA) han aprobado varios productos bacteriófagos. LMP-102 (Intralytix) fue aprobado para el tratamiento de productos cárnicos y de aves de corral listos para el consumo (RTE). En ese mismo año, la FDA aprobó LISTEX (desarrollado y producido por Micreos ) usando bacteriófagos en el queso para matar la bacteria Listeria monocytogenes , con el fin de otorgarles el estado generalmente reconocido como seguro (GRAS). ^[30]En julio de 2007, se aprobó el uso del mismo bacteriófago en todos los productos alimenticios. ^[31] En 2011, el USDA confirmó que LISTEX es un auxiliar de procesamiento de etiqueta limpia y está incluido en el USDA. ^{[32] La} investigación en el campo de la seguridad alimentaria continúa para ver si los fagos líticos son una opción viable para controlar otros patógenos transmitidos por los alimentos en varios productos alimenticios.

Diagnóstico : en 2011, la FDA aprobó el primer producto a base de bacteriófagos para uso diagnóstico in vitro. ^[33] La prueba de hemocultivo KeyPath MRSA / MSSA utiliza un cóctel de bacteriófagos para detectar Staphylococcus aureus en hemocultivos positivos y determinar la resistencia o susceptibilidad a la meticilina . La prueba arroja resultados en aproximadamente cinco horas, en comparación con dos o tres días para los métodos de prueba de susceptibilidad e identificación microbiana estándar. Fue la primera prueba acelerada de susceptibilidad a los antibióticos aprobada por la FDA. ^[34]

Contrarrestar las armas biológicas y las toxinas : las agencias gubernamentales de Occidente llevan varios años buscando ayuda en Georgia y la ex Unión Soviética para explotar los fagos para contrarrestar las armas biológicas y las toxinas, como el ántrax y el botulismo . ^[35]Los desarrollos continúan entre los grupos de investigación en los EE. UU. Otros usos incluyen la aplicación por aspersión en horticultura para proteger las plantas y los productos vegetales de la descomposición y la propagación de enfermedades bacterianas. Otras aplicaciones de los bacteriófagos son como biocidas para superficies ambientales, por ejemplo, en hospitales, y como tratamientos preventivos para catéteres y dispositivos médicos antes de su uso en entornos clínicos. Actualmente existe la tecnología para que los fagos se apliquen a superficies secas, por ejemplo, uniformes, cortinas o incluso suturas para cirugía. Los ensayos clínicos publicados en Clinical Otolaryngology ^[23] muestran éxito en el tratamiento veterinario de perros con otitis .

El método de detección e identificación de bacterias SEPTIC utiliza la emisión de iones y su dinámica durante la infección por fagos y ofrece una alta especificidad y velocidad de detección. ^[36]

La presentación de fagos es un uso diferente de fagos que involucra una biblioteca de fagos con un péptido variable ligado a una proteína de superficie. Cada genoma de fago codifica la variante de la proteína que se muestra en su superficie (de ahí el nombre), lo que proporciona un vínculo entre la variante del péptido y su gen codificante. Los fagos variantes de la biblioteca pueden seleccionarse a través de su afinidad de unión a una molécula inmovilizada (por ejemplo, toxina del botulismo) para neutralizarla. Los fagos seleccionados unidos se pueden multiplicar reinfectando una cepa bacteriana susceptible, lo que les permite recuperar los péptidos codificados en ellos para su posterior estudio. ^[37]

Descubrimiento de fármacos antimicrobianos : las proteínas de los fagos a menudo tienen actividad antimicrobiana y pueden servir como guías para los peptidomiméticos , es decir, fármacos que imitan a los péptidos. ^[38] La tecnología de fagos-ligandos utiliza proteínas de fagos para diversas aplicaciones, como la unión de bacterias y componentes bacterianos (por ejemplo, endotoxinas ) y la lisis de bacterias. ^[39]

Investigación básica : los bacteriófagos son organismos modelo importantes para estudiar los principios de la evolución y la ecología . ^[40]

Detrimentos

Industria láctea

Los bacteriófagos presentes en el medio ambiente pueden provocar fallos en la fermentación de los cultivos iniciadores de queso . Para evitar esto, se pueden utilizar cultivos iniciadores de cepas mixtas y regímenes de rotación de cultivos. ^[41] Se ha estudiado la ingeniería genética de microbios de cultivo, especialmente Lactococcus lactis y Streptococcus thermophilus , para el análisis genético y la modificación para mejorar la resistencia a los fagos . Esto se ha centrado especialmente en modificaciones de plásmidos y cromosomas recombinantes . ^{[42] [29]}

Replicación

Diagrama del proceso de inyección de ADN

Los bacteriófagos pueden tener un ciclo lítico o un ciclo lisogénico . Con fagos líticos como el fago T4 , las células bacterianas se abren (lisan) y se destruyen después de la replicación inmediata del virión. Tan pronto como se destruye la célula, la progenie del fago puede encontrar nuevos huéspedes para infectar. Los fagos líticos son más adecuados para la terapia con fagos . Algunos fagos líticos experimentan un fenómeno conocido como inhibición de la lisis, donde la progenie completa del fago no se lisará inmediatamente fuera de la célula si las concentraciones extracelulares del fago son altas. Este mecanismo no es idéntico al de los fagos templados que se vuelven inactivos y, por lo general, es temporal.

Por el contrario, el ciclo lisogénico no da como resultado la lisis inmediata de la célula huésped. Los fagos capaces de sufrir lisogenia se conocen como fagos templados . Su genoma viral se integrará con el ADN del huésped y se replicará junto con él, de manera relativamente inofensiva, o incluso puede establecerse como un plásmido . El virus permanece inactivo hasta que las condiciones del hospedador se deterioran, quizás debido al agotamiento de los nutrientes, luego, los fagos endógenos (conocidos como profagos) se vuelven activos. En este punto, inician el ciclo reproductivo, lo que resulta en la lisis de la célula huésped. Como el ciclo lisogénico permite que la célula huésped continúe sobreviviendo y reproduciéndose, el virus se replica en toda la descendencia de la célula. Un ejemplo de bacteriófago que se sabe que sigue el ciclo lisogénico y el ciclo lítico es el fago lambda de E. coli. ^[43]

A veces, los profagos pueden proporcionar beneficios a la bacteria huésped mientras están inactivos al agregar nuevas funciones al genoma bacteriano , en un fenómeno llamado conversión lisogénica . Algunos ejemplos son la conversión de cepas inofensivas de Corynebacterium diphtheriae o Vibrio cholerae por bacteriófagos, en cepas altamente virulentas que causan difteria o cólera , respectivamente. ^{[44] [45]} Se han propuesto estrategias para combatir ciertas infecciones bacterianas dirigidas a estos profagos que codifican toxinas. ^[46]

Apego y penetración

En esta micrografía electrónica de bacteriófagos adheridos a una célula bacteriana, los virus tienen el tamaño y la forma del colifago T1.

Las células bacterianas están protegidas por una pared celular de polisacáridos , que son importantes factores de virulencia que protegen a las células bacterianas contra las defensas inmunitarias del huésped y los antibióticos . ^[47] Para ingresar a una célula huésped, los bacteriófagos se unen a receptores específicos en la superficie de las bacterias, incluidos los lipopolisacáridos , los ácidos teicoicos , las proteínas o incluso los flagelos.. Esta especificidad significa que un bacteriófago puede infectar solo ciertas bacterias portadoras de receptores a los que pueden unirse, lo que a su vez, determina el rango de hospedadores del fago. Las enzimas que degradan polisacáridos, como las endolisinas, son proteínas asociadas a viriones que degradan enzimáticamente la capa externa capsular de sus huéspedes, en el paso inicial de un proceso de infección por fagos estrechamente programado. Las condiciones de crecimiento del hospedador también influyen en la capacidad del fago para unirse e invadirlo. ^[48] Como los viriones de fagos no se mueven de forma independiente, deben depender de encuentros aleatorios con los receptores correctos cuando están en solución, como sangre, circulación linfática, irrigación, agua del suelo, etc.

Los bacteriófagos de miovirus utilizan un movimiento similar a una jeringa hipodérmica para inyectar su material genético en la célula. Después de contactar con el receptor apropiado, las fibras de la cola se flexionan para acercar la placa base a la superficie de la celda. Esto se conoce como encuadernación reversible. Una vez adherida por completo, se inicia la unión irreversible y la cola se contrae, posiblemente con la ayuda de ATP , presente en la cola, ^[6] inyectando material genético a través de la membrana bacteriana. ^[49]La inyección se logra a través de una especie de movimiento de flexión en el eje yendo hacia un lado, contrayéndose más cerca de la celda y empujando hacia arriba. Los podovirus carecen de una vaina de la cola alargada como la de un miovirus, por lo que, en cambio, usan sus pequeñas fibras de la cola en forma de dientes para degradar una parte de la membrana celular antes de insertar su material genético.

Síntesis de proteínas y ácido nucleico.

En cuestión de minutos, los ribosomas bacterianos comienzan a traducir el ARNm viral en proteína. Para los fagos basados ​​en ARN , la replicasa de ARN se sintetiza al principio del proceso. Las proteínas modifican la ARN polimerasa bacteriana para que transcriba preferentemente el ARNm viral. La síntesis normal de proteínas y ácidos nucleicos del huésped se interrumpe y, en su lugar, se ve obligado a fabricar productos virales. Estos productos pasan a formar parte de nuevos viriones dentro de la célula, proteínas auxiliares que contribuyen al ensamblaje de nuevos viriones o proteínas involucradas en la lisis celular . En 1972, Walter Fiers ( Universidad de Gante , Bélgica) fue el primero en establecer la secuencia completa de nucleótidos de un gen y, en 1976, del genoma viral del bacteriófago MS2 . ^[50] Algunos bacteriófagos de dsDNA codifican proteínas ribosómicas, que se cree que modulan la traducción de proteínas durante la infección por fagos. ^[51]

Ensamblaje de Virion

En el caso del fago T4 , la construcción de nuevas partículas de virus implica la asistencia de proteínas auxiliares que actúan catalíticamente durante la morfogénesis del fago . ^[52] Las placas base se ensamblan primero, y las colas se construyen sobre ellas después. Las cápsides de la cabeza, construidas por separado, se ensamblarán espontáneamente con las colas. Durante el ensamblaje del virión del fago T4 , las proteínas morfogenéticas codificadas por los genes del fago interactúan entre sí en una secuencia característica. Mantener un equilibrio apropiado en las cantidades de cada una de estas proteínas producidas durante la infección viral parece ser crítico para la morfogénesis normal del fago T4 . ^[53]El ADN se empaqueta de manera eficiente dentro de las cabezas. ^[54] Todo el proceso dura unos 15 minutos.

Liberación de viriones

Los fagos pueden liberarse por lisis celular, por extrusión o, en algunos casos, por gemación. La lisis, por fagos con cola, se logra mediante una enzima llamada endolisina , que ataca y descompone el peptidoglicano de la pared celular . Un tipo de fago completamente diferente, el fago filamentoso , hace que la célula huésped secrete continuamente nuevas partículas de virus. Los viriones liberados se describen como libres y, a menos que sean defectuosos, pueden infectar una nueva bacteria. La gemación está asociada con ciertos fagos de Mycoplasma . En contraste con la liberación de viriones, los fagos que muestran un ciclo lisogénico no matan al huésped, sino que se convierten en residentes a largo plazo como profagos .

Comunicación

La investigación en 2017 reveló que el bacteriófago Φ3T produce una proteína viral corta que indica a otros bacteriófagos que permanezcan inactivos en lugar de matar a la bacteria huésped. Arbitrium es el nombre que le dieron a esta proteína los investigadores que la descubrieron. ^{[55] [56]}

Estructura del genoma

Dados los millones de fagos diferentes en el medio ambiente, los genomas de los fagos se presentan en una variedad de formas y tamaños. Los fagos de ARN como MS2 tienen los genomas más pequeños, de solo unas pocas kilobases. Sin embargo, algunos fagos de ADN como el T4 pueden tener genomas grandes con cientos de genes; el tamaño y la forma de la cápside varía junto con el tamaño del genoma. ^[57] Los genomas de bacteriófagos más grandes alcanzan un tamaño de 735 kb. ^[58]

Vista esquemática del genoma del fago T7 de 44 kb . Cada caja es un gen. Los números indican genes (o más bien marcos de lectura abiertos). ^[59]

Los genomas de los bacteriófagos pueden tener un gran mosaico , es decir, el genoma de muchas especies de fagos parece estar compuesto por numerosos módulos individuales. Estos módulos se pueden encontrar en otras especies de fagos en diferentes disposiciones. Los micobacteriófagos , bacteriófagos con huéspedes micobacterianos , han proporcionado excelentes ejemplos de este mosaicismo. En estos micobacteriófagos, surtido genético puede ser el resultado de repetidos casos de recombinación específica de sitio y recombinación ilegítima (el resultado de fago adquisición genoma de secuencias genéticas huésped bacterianas). ^[60]Los mecanismos evolutivos que dan forma a los genomas de los virus bacterianos varían entre diferentes familias y dependen del tipo de ácido nucleico, las características de la estructura del virión y el modo del ciclo de vida viral. ^[61]

Algunos fagos de roseobacter marino contienen desoxiuridina (dU) en lugar de desoxitimidina (dT) en su ADN genómico. Existe alguna evidencia de que este componente inusual es un mecanismo para evadir los mecanismos de defensa bacterianos como las endonucleasas de restricción y los sistemas CRISPR / Cas que evolucionaron para reconocer y escindir secuencias dentro del fago invasor, inactivándolos así. Se sabe desde hace mucho tiempo que otros fagos utilizan nucleótidos inusuales. En 1963, Takahashi y Marmur identificaron un fago de Bacillus que tenía dU sustituyendo a dT en su genoma, ^[62] y en 1977, Kirnos et al. identificó un cianófago que contiene 2-aminoadenina (Z) en lugar de adenina (A).^[63]

Biologia de sistemas

El campo de la biología de sistemas investiga las complejas redes de interacciones dentro de un organismo, generalmente utilizando herramientas computacionales y modelos. ^[64] Por ejemplo, un genoma de fago que entra en una célula huésped bacteriana puede expresar cientos de proteínas de fagos que afectarán la expresión de numerosos genes del huésped o el metabolismo del huésped . Todas estas interacciones complejas se pueden describir y simular en modelos informáticos. ^[64]

Por ejemplo, la infección de Pseudomonas aeruginosa por el fago templado PaP3 cambió la expresión del 38% (2160/5633) de los genes de su huésped. Muchos de estos efectos son probablemente indirectos, de ahí que el desafío sea identificar las interacciones directas entre bacterias y fagos. ^{[sesenta y cinco]}

Se han realizado varios intentos para cartografiar las interacciones proteína-proteína entre los fagos y su huésped. Por ejemplo, se descubrió que el bacteriófago lambda interactúa con su huésped, E. coli , mediante decenas de interacciones. Una vez más, la importancia de muchas de estas interacciones sigue sin estar clara, pero estos estudios sugieren que lo más probable es que haya varias interacciones clave y muchas interacciones indirectas cuyo papel permanece sin caracterizar. ^[66]

En el ambiente

Artículo principal: bacteriófago marino

La metagenómica ha permitido la detección en agua de bacteriófagos que antes no era posible. ^[67]

Además, los bacteriófagos se han utilizado en la modelización y el rastreo hidrológico en sistemas fluviales , especialmente donde se producen interacciones entre aguas superficiales y subterráneas . Se prefiere el uso de fagos al marcador de colorante más convencional porque se absorben significativamente menos cuando pasan a través de aguas subterráneas y se detectan fácilmente a concentraciones muy bajas. ^{[68] El} agua no contaminada puede contener aproximadamente 2 × 10 ⁸ bacteriófagos por ml. ^[69]

Se cree que los bacteriófagos contribuyen en gran medida a la transferencia horizontal de genes en entornos naturales, principalmente mediante transducción , pero también mediante transformación . ^[70] Los estudios basados ​​en la metagenómica también han revelado que los viromas de una variedad de entornos albergan genes de resistencia a los antibióticos, incluidos aquellos que podrían conferir resistencia a múltiples fármacos . ^[71]

Inhumanos

Aunque los fagos no infectan a los humanos, existen innumerables partículas de fagos en el cuerpo humano, dado nuestro extenso microbioma . Nuestra población de fagos se ha denominado fageoma humano, incluido el "fageoma intestinal sano" (HGP) y el "fageoma humano enfermo" (DHP). ^[72] Se ha estimado que el fageoma activo de un ser humano sano (es decir, profago integrado que se replica activamente en lugar de que no se replica ) comprende decenas a miles de virus diferentes. ^[73] El papel de los bacteriófagos en la salud humana sigue siendo poco conocido, pero los estudios preliminares indican que los bacteriófagos comunes se encuentran en promedio en el 62% de las personas sanas, mientras que su prevalencia se redujo en un 42% y un 54% en promedio en pacientes concolitis ulcerosa (CU) y enfermedad de Crohn (EC). ^[72] Esto indica que es posible que se requieran fagos para controlar la población de bacterias tanto normales como patógenas en el microbioma intestinal humano .

Bacteriófago comúnmente estudiado

Entre los innumerables fagos, solo unos pocos se han estudiado en detalle, incluidos algunos fagos de importancia histórica que se descubrieron en los primeros días de la genética microbiana. Estos, especialmente el fago T, ayudaron a descubrir principios importantes de la estructura y función de los genes.

• 186 fagos
• fago λ
• Φ6 fago
• Φ29 fago
• ΦX174
• Bacteriófago φCb5
• Fago G4
• Fago M13
• Fago MS2 (de 23 a 28 nm de tamaño) ^[74]
• Fago N4
• Fago P1
• Fago P2
• Fago P4
• Fago R17
• Fago T2
• Fago T4 ( genoma de 169 kpb , ^[75] 200 nm de largo ^[76] )
• Fago T7
• Fago T12

Ver también

• Bacterívoro
• CrAssphage
• CRISPR
• Virus de ADN
• Ecología de fagos
• Monografías de fagos (una lista completa de fagos y monografías asociadas a fagos, desde 1921 hasta el presente)
• Fagémido
• Polifago
• Virus de ARN
• Transducción
• Viriome
• Virofago , virus que infectan a otros virus

Referencias

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• Bacteriófagos: ¿Qué son? Presentación del profesor Graham Hatfull, Universidad de Pittsburgh en YouTube