bacteriófago (fago) son virus intracelulares obligados que infectan específicamente bacterias. Fueron descubiertos independientemente por dos investigadores, Frederick William Twort1 en la Universidad de Londres en 1915, y Félix d’Herelle2 quien confirmó el hallazgo y acuñó el término bacteriófago en 1917 y han sido muy estudiados desde entonces.
estructura del bacteriófago
los fagos tienen una estructura muy simple (figura 1). Su material genético está contenido en una cabeza en forma de prisma, rodeada por una cápside proteica., Esto está conectado a la vaina alargada (a veces llamada cola) por una región del cuello o collar.
La vaina forma un tubo hueco a través del cual el ADN/ARN viral se inyecta en la célula huésped y está rodeado por proteínas de la vaina protectora. En la parte inferior de la vaina está la placa base a la que se unen las fibras de la cola (normalmente seis) que facilitan la fijación a la célula huésped.
Figura 1. Ejemplo estructura de un bacteriófago.para reproducirse, el fago debe entrar primero en la célula huésped., Se unen a receptores específicos en la superficie celular bacteriana con sus fibras de cola (adsorción) y crean un agujero, un proceso que, junto con la Unión, está coordinado por la placa base 3. Un tubo rígido es propulsado fuera de la vaina, perforando un agujero en la membrana celular bacteriana a través del cual inyectan su material genético (ADN o ARN, doble o monocatenario). Luego pueden secuestrar la maquinaria celular de la célula huésped para su propia replicación si las condiciones circundantes son desfavorables en un proceso llamado ciclo lítico., Alternativamente, pueden entrar en un estado latente, conocido como el ciclo lisogénico, dentro de la célula huésped si las condiciones son favorables.
ciclo lítico
en el ciclo lítico (Figura 2), a veces referido como infección virulenta, el fago infeccioso finalmente mata a la célula huésped para producir muchos de su propia progenie. Inmediatamente después de la inyección en la célula huésped, el genoma del fago sintetiza las primeras proteínas que descomponen el ADN del huésped, permitiendo que el fago tome el control de la maquinaria celular., El fago luego utiliza la célula huésped para sintetizar las proteínas restantes necesarias para construir nuevas partículas de fago. Las cabezas y las vainas se ensamblan por separado, el nuevo material genético se embala en la cabeza y se construyen nuevas partículas de fagos hijas. Durante este Proceso, las células huésped se debilitan gradualmente por las enzimas fágicas y eventualmente estallan, liberando en promedio 100-200 nuevas progenies fágicas en el ambiente circundante.
Figura 2. Representación de las etapas del ciclo bacteriófago lítico.ver el ciclo lítico en acción aquí.,
ciclo Lisogénico
El ciclo lisogénico (Figura 3), a veces referido como 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 integrasas codificadas por fagos, donde luego se denomina un profago., El genoma del profago se replica pasivamente junto con el genoma del huésped mientras 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. Descripción de las etapas del ciclo lisogénico del bacteriófago.,
transición de lisogénico a lítico
Si una bacteria que contiene prophage está expuesta a factores estresantes, como la luz UV, condiciones de bajos nutrientes o productos químicos como la mitomicina C, prophage 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 prophage a veces puede dejar porciones de su ADN detrás o tomar porciones de ADN del huésped con ellos cuando se re-circularizan., 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 que codifican 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 Université 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 son atacados por un fago previamente libre, se agregan nuevos espaciadores a un lado del CRISPR, haciendo del CRISPR un registro cronológico del fago que la célula y sus ancestros han encontrado. En respuesta a la invasión de fagos, las secuencias de CRISPR se transcriben y, en asociación con las proteínas Cas, apuntan 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 condujo finalmente 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 fue producida 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 el descubrimiento y los sistemas de administración de medicamentos11.
El fago erex174 se convirtió en un pionero involuntario en 1977 cuando fue el primer organismo en tener toda su secuencia de nucleótidos determinada gracias a Fred Sanger y colleagues12.
terapia de fagos
antes del descubrimiento de antibióticos por Alexander Fleming en 1928, los fagos estaban siendo explorados 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 la investigación de la organización en la terapia de fagos fue abandonada. Sin embargo, en muchas de las antiguas naciones soviéticas donde había una falta de antibióticos occidentales, la investigación en terapias de fagos continuó a través de la 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 dirigirse a un tratamiento de fagos 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 decadas 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 crezcan en el futuro.,
para usuarios móviles, desplácese hacia la izquierda y hacia la derecha para ver los datos de la tabla a continuación.,
Table 1., ICTV taxonomic classification of bacteriophage infecting bacteria and archaea.