Gráfico 2 Representación de las etapas del ciclo lítico del bacteriófago.
Mira el ciclo lítico en acción aquí.

Ciclo lisogénico

El ciclo lisogénico (Figura 3), a veces denominado infección templada o no virulenta, no mata a la célula huésped, sino que la usa como refugio donde existe en estado latente. Después de la inyección del ADN fago en la célula huésped, se integra en el genoma huésped, con la ayuda de integras codificadas por fagos, donde luego se denomina profago. El genoma del profago se replica pasivamente junto con el genoma del huésped a medida que la célula huésped se divide durante el tiempo que permanece allí y no forma las proteínas necesarias para producir progenie. Como el genoma del fago es generalmente comparativamente pequeño, los huéspedes bacterianos normalmente están relativamente ilesos por este proceso.

Figura 3. Representación de las etapas del ciclo lisogénico del bacteriófago.

Transición de lisogénico a lítico

Si una bacteria que contiene profago está expuesta a factores estresantes, como la luz UV, condiciones de bajos nutrientes o productos químicos como la mitomicina C, el profago puede extraerse espontáneamente del genoma del huésped e ingresar al ciclo lítico en un proceso llamado inducción.

Este proceso, sin embargo, no es perfecto y la profecía a veces puede dejar porciones de su ADN o llevarse porciones de ADN del huésped con ellos cuando se vuelven a circular. Si luego infectan una nueva célula huésped, pueden transportar genes bacterianos de una cepa a otra en un proceso llamado transducción. Este es un método por el cual los genes de resistencia a los antibióticos, los genes codificadores de toxinas y superantígenos y otros rasgos de virulencia pueden propagarse a través de una población bacteriana.

Trabajos recientes han demostrado que la transición entre la infección lítica y lisogénica también depende de la abundancia de fagos en un área, ya que son capaces de producir y detectar pequeños péptidos en un proceso similar a la detección de quórum4.

Inmunidad bacteriana a la infección por fagos

No todas las bacterias están indefensas contra el ataque de fagos, ya que poseen un «sistema inmunológico» que les permite defenderse. CRISPR-Cas, que ahora es sinónimo de modificación genética, fue propuesto por primera vez como un «sistema inmune adaptativo» bacteriano por Francisco Mojica5 e independientemente por un grupo de la Universidad Paris-Sud6 en 2005. El locus CRISPR es un conjunto de secuencias cortas repetidas separadas por espaciadores con secuencias únicas. Se encontró que estas secuencias de espaciadores tenían homología con el ADN viral y plásmido, incluido el fago. Cuando es atacado por un fago previamente libre, se agregan nuevos espaciadores a un lado del CRISPR, lo que hace que el CRISPR sea un registro cronológico del fago que la célula y sus antepasados han encontrado. En respuesta a la invasión de fagos, las secuencias de CRISPR se transcriben y, en asociación con proteínas Cas, atacan y destruyen las secuencias de fagos que son homólogas a las secuencias de espaciadores.

Fago como herramientas de biología genética y molecular

El fago Lambda, originalmente aislado de Escherichia coli, es uno de los fagos mejor estudiados y formó la base de muchas herramientas genéticas. Incluso se ha dicho que el uso de fagos como herramientas en última instancia condujo al desarrollo de la biología molecular como disciplina 7. En la década de 1950, la capacidad del fago para recombinarse con el ADN del huésped se explotó por primera vez para manipular los genomas de las especies de Salmonella y, por lo tanto, el proceso de transducción nació 8. Desde entonces, se ha utilizado como vehículo para mover material genético entre muchos organismos, incluidas las manipulaciones de genes fúngicos9 e incluso genes humanos. Fue gracias al humilde fago que la insulina humana se produjo por primera vez de forma segura y barata. También ha abierto aplicaciones en el cribado de alto rendimiento de clones, el desarrollo de nanomateriales10, el tratamiento antibacteriano de alimentos, como herramienta de diagnóstico y sistemas de descubrimiento y administración de medicamentos11.

El fago Erex174 se convirtió en un pionero involuntario en 1977, cuando fue el primer organismo en tener determinada toda su secuencia de nucleótidos gracias a Fred Sanger y sus colleagues12.

Terapia de fagos

Antes del descubrimiento de antibióticos por Alexander Fleming en 1928, los fagos se exploraban como un método para tratar infecciones bacterianas. En la era post-antibiótica, la actividad conveniente de amplio espectro del tratamiento antibiótico significó que en la mayoría de las investigaciones de la organización sobre la terapia de fagos se abandonó. Sin embargo, en muchas de las antiguas naciones soviéticas donde había una falta de antibióticos occidentales, la investigación en terapias de fagos continuó por necesidad. Con el aumento de los problemas globales de resistencia a los antibióticos, ha habido un resurgimiento en el campo de la terapia de fagos en los últimos años. Si bien los fagos son capaces de infectar y destruir bacterias y se han utilizado con éxito para tratar infecciones que ponen en peligro la vida13, su especificidad de especie e incluso cepa y el potencial de inmunidad preexistente de algunas bacterias significan que el tratamiento de un fago no es actualmente un proceso trivial y debe adaptarse a la infección individual. Esto lo hace costoso y largo. Por consiguiente, en la actualidad es un último recurso y todavía queda mucho trabajo por hacer en este ámbito.

El árbol genealógico de los fagos

Con la creciente disponibilidad y asequibilidad de la secuenciación de nucleótidos, ha habido una explosión en el número de genomas de fagos enviados a las bases de datos en las últimas dos décadas 14 .

Los fagos están clasificados por el Comité Internacional de Taxonomía de Virus (ICTV), a partir de su actualización de 2017, hay 19 familias de fagos que infectan bacterias y arqueas (Tabla 1), pero a medida que se secuencian más muestras de áreas más remotas, es probable que solo crezcan en el futuro.

Para los usuarios móviles, desplácese a la izquierda y a la derecha para ver los datos de la tabla a continuación.

Tabla 1. Clasificación taxonómica ICTV de bacterias y arqueas que infectan bacteriófagos.

1. Twort FW. UNA INVESTIGACIÓN SOBRE LA NATURALEZA DE LOS VIRUS ULTRAMICROSCÓPICOS. Lanceta. 1915;186(4814):1241-1243. doi: 10.1016 / S0140-6736(01)20383-3
2. D’Herelle F. Sobre un microbio invisible antagónico hacia los bacilos disentéricos: breve nota del Sr. F. D’Herelle, presentada por el Sr. Roux. 1917. Res Microbiol. 2007;158(7):553-554. doi: 10.1016 / j.resmic.2007.07.005
3. Taylor NMI, Prokhorov NS, Guerrero-Ferreira RC, et al. Estructura de la placa base T4 y su función en la activación de la contracción de la vaina. Naturaleza. 2016;533(7603):346-352. doi: 10.1038/nature17971
4. Erez Z, Steinberger-Levy I, Shamir M, et al. Communication between viruses guides lysis–lysogeny decisions. Nature. 2017;541(7638):488-493. doi:10.1038/nature21049