Bacteriófagos: un candidato perfecto para combatir las bacterias multirresistentes

Bacteriofago

Ahora que las temperaturas comienzan a bajar, la probabilidad de acatarrarse aumenta. Los agentes causantes de estas infecciones respiratorias son en su mayoría virus, que son organismos microscópicos algo peculiares y complejos capaces de infectar animales y plantas. De hecho, como curiosidad, el primer virus descubierto fue el virus del mosaico del tabaco (TMV). Pero la biodiversidad del planeta Tierra es lo suficientemente grande como para que la capacidad de infección de estos organismos vaya más allá y algunos de ellos hayan desarrollado mecanismos celulares capaces de infectar bacterias incluso.

Hoy hablaré precisamente de estos virus que infectan bacterias, los bacteriófagos (Figura 1) o como al gremio de microbiólogos nos gusta llamarlos: los fagos.

Figura 1. Bacteriófago Phi6 adherido a la pared de Pseudomonas.
Fuente: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:ODR.Cysto.Fig1.v2.R.jpg

DESCUBRIMIENTO DE LOS BACTERIÓFAGOS

Como ya he comentado, los bacteriófagos son virus que infectan exclusivamente a bacterias y esto es una característica biológica única descubierta casi por casualidad. Hemos de remontarnos a 1915, cuando Frederick Twort describió por primera vez un agente bacteriolítico (capaz de lisar o destruir bacterias) que evitaba el crecimiento de algunas bacterias. Pero todas sus hipótesis no llegaron a buen puerto.

Posteriormente, en 1917, Félix d’Herelle denominó a esas partículas bacteriófagos. Con una serie de cultivos bacterianos infectados por fagos y unos filtros de porcelana, Félix pudo aislar con éxito estos organismos y los empleó para erradicar una plaga de tifus en pollos. Tras esto, sus experimentos se centraron en humanos hasta lograr curar disentería (trastorno intestinal inflamatorio que produce diarrea con sangre y mucosidad) aplicando la terapia fágica. Cabe destacar que los fagos no pudieron observarse hasta 1939 con la llegada del microscopio electrónico.

Los bacteriófagos fueron un gran descubrimiento y rápidamente tomaron gran fama. Pero, tras el descubrimiento de los antibióticos, su uso como terapia antibacteriana fue desplazado. Actualmente, la terapia fágica solo se emplea en Europa del Este, en países como Rusia, Polonia y Georgia. Actualmente los fagos se emplean para la creación de lo que se conoce como cócteles de fagos que van dirigidos a bacterias patógenas específicas.

En resumidas cuentas, este fue el inicio de la terapia fágica, cuyo descubrimiento ha permitido un verdadero avance en el campo de la biotecnología. Ahora, tras esta introducción de historia, nos centraremos en las características de estos peculiares virus.

ESTRUCTURA DE LOS BACTERIÓFAGOS

La estructura de los fagos no es muy distinta a la de cualquier virus común. Como casi todos los virus, los bacteriófagos tienen una recubierta proteica, denominada cápside, y en su interior se encuentra su material genético (ADN o ARN). El material genético se encuentra rodeado de la cápside para, entre otras cosas, proteger la maquinaria genética celular.

Además de la cápside los bacteriófagos pueden tener o no cola (claro que no es una cola como la de un perro). Es una estructura proteica con forma de pinzas en la parte inferior (Figura 2) que les permiten adherirse con eficacia a la pared de las bacterias y poder infectarlas. En este proceso intervienen también las endolisinas que son proteínas capaces de romper la pared de celular de las bacterias. Por otro lado, los bacteriófagos sin cola se introducirán en el interior bacteriano adhiriéndose primero a la pared celular e ingresando a través de ella.

Estructura de un bacteriófago con cola
Figura 2. Estructura de un bacteriófago con cola.
Fuente: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Tevenphage-es.svg

¿DÓNDE SE ENCUENTRAN LOS FAGOS?

Aunque parezcan organismos sacados de una película de ciencia ficción, los bacteriófagos son mucho más comunes de lo que parece. Se encuentran en multitud de sitios debido a que su función es infectar bacterias, por tanto, los podemos encontrar en lugares donde haya multitud de ellas, desde el suelo o el agua marina, hasta en los intestinos de animales.

CICLO DE VIDA DE LOS FAGOS

Cada bacteriófago puede unirse única y exclusivamente a la bacteria con la que posee especificidad y no otra. Si un fago es específico de E. coli por ejemplo, no podrá unirse a otra especie diferente.

Los fagos pueden seguir dos ciclos de vida para su reproducción viral, conocidos como ciclo lítico y ciclo lisogénico, que implican la integración de los ácidos nucléicos (ADN o ARN) del bacteriófago en el genoma de la bacteria.

En el caso de los fagos que siguen un ciclo de vida lítico, se les denomina fagos virulentos. En este ciclo la característica principal es que tras la unión a su huésped de manera específica, inyectan su genoma al interior celular tomando el control genético de la bacteria. Una vez que tienen las riendas del aparato molecular centran todos los esfuerzos metabólicos en reproducirse. Cuando lo consiguen lisan la bacteria (destruyen la bacteria por rotura de su membrana y pared bacteriana) y todos lo individuos fágicos salen al exterior celular.

Se denominan fagos atemperados a aquellos que reproduce mediante el ciclo lisogénico. La característica principal es que una vez unido específicamente a su huésped incorporan su genoma (el del bacteriófago) al de la bacteria huésped, es decir, forma parte del genoma bacteriano y permanece silente (oculto) de manera latente. A esto se le denomina profago y se replicará junto a su huésped. El profago es capaz de revertir el ciclo pasando al ciclo anterior (ciclo lítico) y de este modo obtendrá muchas copias de sí mismo y podrá lisar la célula para liberar todos sus descendientes al medio externo.

Los factores que disparan la conversión del ciclo lisogénico a lítico son: condiciones ambientales, una disminución de nutrientes o un aumento de agentes mutagénicos o del número de bacteriófagos que infectaran las bacterias.

Esquema de los ciclos de reproducción de los bacteriófagos
Figura 3. Esquema de los ciclos de reproducción del los bacteriófagos: ciclo lítico y lisogénico.
Fuente: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Phage_lambda_life_cycle_es.svg

Cuando el número de bacteriófagos que va a infectar a una célula de forma directa es elevado puede acabar con ella inmediatamente, lo que implicaría la muerte de la célula huesped, y por consiguiente la extinción de estos fagos. Es decir, sin las bacterias huésped los fagos no podrán reproducirse, por lo que no les interesa eliminar por completo la población bacteriana tan pronto. De hecho, cuando un profago se encuentra ya unido al genoma de la bacteria otro fago no podrá unirse a la membrana ni incorporarse al genoma bacteriano. Frente a esto, una cantidad elevada de fagos hace más probable que tenga lugar la infección lisogénica.

Es la forma que tiene el bacteriófago de proteger lo que ya es suyo, así se asegura de que podrá realizar si ciclo vital sin ningún inconveniente para finalmente reproducirse.

¿CICLO LÍTICO O CICLO LISOGÉNICO?

Realmente un bacteriófago no puede “elegir” que ciclo de vida seguir, sino que están codificados para realizar un ciclo u otro. El ciclo lítico lleva irremediablemente a la lisis del huésped y el ciclo lisogénico tras haber incorporado el profago a la bacteria huésped lleva irremediablemente al ciclo lítico, por ende, a la destrucción celular. Los fagos pueden ser líticos o lisogénicos, independientemente que este último no produzca lisis inmediata sino que acabe por lisar más tarde la célula huésped. Si se lleva a cabo la lisis no puede llevarse a cabo la lisogenia y viceversa.

LAS SUPERBACTERIAS: BACTERIAS MULTIRRESISTENTES

La resistencia bacteriana es un problema preocupante a nivel mundial. Diferentes organizaciones tratan de concienciar acerca de la magnitud del problema. El mal uso de los antibióticos durante años ha conducido al desarrollo de cepas bacterianas multirresistentes a ellos. El problema principal de estas bacterias, también llamadas superbacterias, es que son indestructibles debido a que son resistentes a los antibióticos disponibles actualmente. Por ello, la infección con una cepa de estas características llevará a la muerte del paciente infectado.

Ciertos investigadores han reconsiderado los fagos como una alternativa al uso de antibióticos. Además, los bacteriófagos tienen la ventaja de que solo atacan a las bacterias, no las células humanas. Esto, sumado a su gran especificidad y efectividad en la destrucción bacteriana, los sitúa como perfectos candidatos para lucha contra la resistencia bacteriana. La gran facilidad de obtención de los fagos, puesto que se encuentran en el medio natural (como el suelo o el agua), hacen que su recolección y aislamiento sea sencillo.

En la imagen anterior (Figura 4) se observa uno de los ensayos utilizados para la identificación de fagos capaces de infectar una bacteria problema. Se utiliza una placa donde se ha cultivado la bacteria problema. En este caso en concreto, se utilizaron cuatro fagos (A,B,C y D) sobre esta placa. Como se observa en la región superior izquierda de la última placa, el Fago A es el único capaz de lisar las bacterias, apareciendo los halos de inhibición. Tras saber que esa bacteria es sensible a ese fago, se proceden a técnicas más complejas de caracterización y secuenciación para poder determinar su utilidad frente a diversas terapias.

Por supuesto no todo es color de rosa y la resistencia bacteriana a bacteriófagos también puede ser una preocupación, por ello, se ha de recurrir a mezclas de varios bacteriófagos (cócteles de fagos) para intentar evitarlo.

CONCLUSIONES

Los bacteriófagos son organismos muy interesantes que presentan un potencial enorme en el sector biotecnológico. Si bien es cierto que su estudio está algo limitado por la falta de recursos y que todavía poco sabemos acerca de ellos. La búsqueda de alternativas a los antibióticos generada por la resistencia bacteriana los sitúa como perfectos candidatos. Además de ello, un uso responsable de los antibióticos o una buena higiene de manos pueden ser dos alternativas sencillas que todos podemos poner en practica para evitar la expansión de cepas multirresistentes.

Artículo editado por Cristina de los Reyes.

BIBLIOGRAFIA

Brüssow, H., & Hendrix, R. W. (2002). Phage genomics: small is beautiful. Cell108, 13-16.

Émond, É. & Moineau, S (2007). in Bacteriohpage: Genetics and Molecular Biology (eds McGrath, S. & Van Sinderen, D.) Caister Academic, Norwich, Norfolk, 93–123

Ramos Vivas, José (2020). Superbacterias. Guadalmazán.

Willey JM; Sherwood LM, Woolverton CJ. 2008. Prescott, Harley, and Klein’s microbiology, 7th ed. McGraw Hill, New York, NY, 123

nv-author-image

Samuel Soria

Graduado Superior en Laboratorio de Análisis Clínicos y Biomédicos, ejerciendo actualmente en el ámbito hospitalario. Estudiante de Ciencias Biológicas en la Universidad Complutense de Madrid. Apasionado de la biología y las células, de la genética y la microbiología. Divulgando para que la ciencia esté al alcance de todos.

3 comentarios en «Bacteriófagos: un candidato perfecto para combatir las bacterias multirresistentes»

  1. Simplemente brillante;como seguidor desde tu primera publicación me parece digno de admiración la forma de explicar y plasmar tus conocimientos (con ayuda de trabajo de investigación)para que, tanto entendidos de la materia como «neofitos»,podamos entender y comprender cada articulo que escribes.
    Sigue así!!!

Deja una respuesta

Tu dirección de correo electrónico no será publicada. Los campos obligatorios están marcados con *