Un grupo de investigación del Instituto de Biomedicina de Valencia (IBV), del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC), ha realizado un estudio que aporta nuevas claves sobre las bases moleculares del sistema de comunicación que utilizan los bacteriófagos para desplegar su estrategia al infectar a las bacterias. Los resultados del estudio, donde colaboran investigadores del Imperial College de Londres, abren la posibilidad a que distintas especies de fagos puedan comunicarse entre sí. Aunque se desconoce la función biológica de esta comunicación, el hallazgo podría utilizarse para activar estos microorganismos contra bacterias patógenas o resistentes a antibióticos.
Los bacteriófagos (también llamados fagos) son los organismos más abundantes de la Tierra. Son virus que sólo 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 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, 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 IBV-CSIC que ha realizado 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 sólo se comunicaría con su progenie, utilizando para ello cada fago una molécula AimP de secuencia diferente. Es decir, cada fago habla sólo con sus parientes. Sin embargo, el equipo del IBV, en colaboración con el grupo de José R. Peneadés, del Centre for Molecular Biology and Infection (Imperial College, Londres), ha caracterizado 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. Según el investigador del IBV, 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”.
Antibióticos de altísima precisión
Aún queda por dilucidar la función biológica de esa comunicación, es decir, si los fagos la utilizan para cooperar, engañar (difundiendo fake-news al entorno) o competir. En el terreno de las aplicaciones del estudio, Marina destaca que “los resultados obtenidos permitirían utilizar el sistema arbitrium 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. Es decir, utilizarlos como antibióticos de altísima precisión”.
