Virus que infectan bacterias pueden comunicarse para estrategias de contagio

Valencia (España).- Los virus que infectan a bacterias, llamados bacteriófagos o «fagos», pueden comunicarse entre sí para establecer estrategias de contagio, según revela un estudio liderado por el Instituto de Biomedicina de Valencia (IBV, este de España).

El trabajo define las bases moleculares de un mecanismo de comunicación microbiana y, aunque se desconoce la función biológica de esa comunicación, el hallazgo «podría utilizarse para activar estos microorganismos contra bacterias patógenas o resistentes a antibióticos» utilizándolos como «antibióticos de altísima precisión», según los autores del estudio.

Según la investigación, cuyos resultados fueron publicados en «Nature Communications», los bacteriófagos (también llamados fagos) son los organismos más abundantes de la Tierra y son virus que solo infectan a las bacterias con estrategias que varían según sus ciclos de vida: lisis o lisogenia.

En el ciclo lítico, tras infectar a la bacteria se multiplican generando múltiples copias que se vierten al medio al destruir (lisar) la bacteria infectada. En el lisogénico, se integran en el genoma de la bacteria sin dañarla, pasando a formar parte de ella durante generaciones.

En este último estado pueden recibir una señal activadora y pasar al ciclo lítico, generando nuevas copias y lisando (destruyendo) la célula hospedadora, algo similar a los virus del herpes o hepatitis delta en humanos.

Los fagos pueden elegir entre ambas estrategias, y aunque en la mayor parte de los casos se desconocen las razones, recientemente se descubrió un mecanismo llamado arbitrium (‘decisión’, en latín) que utilizan algunos fagos para tomar esta decisión entre lisis o lisogenia.

“Es un sistema sencillo y elegante que utilizan los fagos para comunicarse y evaluar la cantidad de parientes que hay en el medio en relación a las bacterias disponibles para infectar”, explica Alberto Marina, investigador que dirige la Unidad de Cristalografía de Macromoléculas del español IBV-CSIC que realizó el estudio.

Una vez infectada la bacteria, el fago produce un ‘mensaje’ (una pequeña molécula llamada AimP), que vierte al medio y es ‘oída’ por el receptor que producen otros fagos en bacterias vecinas, decidiendo entre un ciclo vital u otro.

Si las bacterias vecinas no están infectadas, los niveles de AimP serán bajos y el fago desarrollará lisis, produciendo más progenie e infectando las bacterias disponibles.

Por el contrario, si las bacterias circundantes están infectadas, los niveles de AimP serán altos y el fago se mantendrá en lisogenia, puesto que, si genera progenie, esta no encontraría bacterias libres que infectar, describe Francisca Gallego, técnica de investigación del CSIC en el IBV y primera firmante del trabajo.

COMUNICACIÓN ENTRE FAGOS

Según la descripción inicial de arbitrium, un fago solo se comunicaría con su progenie, utilizando para ello cada fago una molécula AimP de secuencia diferente. Es decir, cada fago habla solo con sus parientes.

Sin embargo, el equipo del IBV-CSIC, en colaboración con el grupo de José R. Penadés del Centre for Molecular Biology and Infection (Imperial College, Londres), caracterizó el sistema arbitrium de un nuevo fago (Katmira, que infecta a la bacteria Bacillus subtilis) mediante difracción de rayos X, confirmando el mecanismo molecular de la decisión entre lisis y lisogenia en fagos con sistema arbitrium.

“La comparación de distintos sistemas nos ha permitido comprender cómo se lee la molécula AimP, mostrando que la diferenciación entre ‘mensajes’ es débil”, asegura Alberto Marina, que añade que esto abre la puerta a una regulación cruzada entre fagos en la regulación de la decisión entre lisis-lisogenia.

“Además de definir las bases moleculares del sistema arbitrium, con este trabajo ponemos de manifiesto que es posible que diferentes fagos se comuniquen entre ellos, lo que se denomina ‘cross-talk’, y que también unos puedan controlar a otros (‘cross-regulation’). Esto supondría un nuevo avance en la comunicación dentro el mundo microbiano”, indica.

ANTIBIÓTICOS DE ALTÍSIMA PRECISIÓN

Según los investigadores, aún queda por dilucidar la función biológica de esa comunicación, es decir, si los fagos la utilizan para cooperar, engañar (difundiendo ‘fake news’, bulos, al entorno) o competir.

En el terreno de las aplicaciones del estudio, Marina destaca que “los resultados obtenidos permitirían utilizar el sistema arbitrum dentro del campo de la terapia fágica, que consiste en utilizar a los fagos para luchar contra bacterias patogénicas o multirresistentes a antibióticos respetando a las bacterias comensales y beneficiosas».