11.06.2021 - Universität Wien

Las bacterias secuestran el fago latente de un competidor

De compañero silencioso a parásito mortal: Los bioquímicos descubren una activación altamente selectiva de los fagos basada en una molécula señal

Los bacteriófagos siguen siendo un componente relativamente desconocido del microbioma humano. Sin embargo, pueden desempeñar un poderoso papel en los ciclos vitales de las bacterias. El bioquímico Thomas Böttcher, de la Universidad de Viena, y la estudiante de doctorado Magdalena Jancheva han podido demostrar por primera vez cómo las bacterias Pseudomonas utilizan una molécula de señalización producida por ellas mismas para manipular selectivamente los fagos de una cepa bacteriana competidora para derrotar a su enemigo. Este control selectivo de los fagos proporciona enfoques biotecnológicos y terapéuticos totalmente nuevos, por ejemplo, para las terapias con fagos. Los resultados obtenidos en el marco de una subvención del ERC se han publicado en el "Journal of the American Chemical Society".

El cuerpo humano y su microbiota albergan una gran cantidad de fagos. Éstos infectan a las bacterias en forma de partículas víricas para asegurar su propia supervivencia. Una de sus estrategias es integrarse en el genoma bacteriano y multiplicarse a través de la división celular bacteriana. Sin embargo, las moléculas de señalización externas pueden desencadenar el despertar súbito de los fagos de su estado de latencia. Una vez activados, destruyen a su huésped, la bacteria, y liberan así sus partículas virales recién producidas. Con una prestigiosa beca de consolidación del Consejo Europeo de Investigación, Thomas Böttcher investiga el paso del estilo de vida dormido (lisogénico) al activado (lítico) de los fagos.

Guerra entre microbios

"Ya sabemos que los fagos influyen decisivamente en la dinámica de la población de bacterias y que los microorganismos compiten utilizando armas químicas", afirma Thomas Böttcher, catedrático de Bioquímica Microbiana de la Facultad de Química y del Centro de Microbiología y Ciencia de Sistemas Ambientales. "Ahora queríamos investigar si, en los complejos ecosistemas microbianos, también hay microbios que activan específicamente los fagos para utilizarlos contra sus competidores".

Efectivamente, los investigadores pudieron demostrar que la bacteria Pseudomonas aeruginosa produce grandes cantidades de una molécula de señalización que desencadena la conversión de un fago, residente en una cepa de la especie Staphylococcus aureus, de compañero tranquilo a parásito mortal.

Activación altamente selectiva del fago

"Nos sorprendió por completo descubrir que el compuesto químico piocianina, que pudimos aislar y sintetizar, sólo activaba específicamente uno de varios fagos de Staphylococcus aureus. La piocianina es, por tanto, un agente altamente selectivo", afirma la coautora Magdalena Jancheva.

El fármaco mitomicina C induce daños en el ADN de las células bacterianas y hace que los fagos abandonen a su huésped moribundo, pero, según Thomas Böttcher, "activa todos los fagos de la bacteria de forma no selectiva". Los investigadores también observaron que la piocianina libera aún más fagos en el Staphylococcus aureus que la mitomicina C, por lo que la piocianina tuvo un "efecto notablemente fuerte".

El descubrimiento ofrece nuevas perspectivas

Las especies bacterianas Pseudomonas aeruginosa y Staphylococcus aureus ocupan el mismo nicho ecológico en el cuerpo humano. Como patógenos, aparecen con frecuencia en los pulmones de los pacientes con fibrosis quística, una enfermedad metabólica congénita. Las bacterias Staphylococcus dominan a una edad temprana, mientras que las bacterias Pseudomonas se vuelven más prevalentes con el aumento de la edad.

El presente estudio demuestra la eficacia de la activación de los fagos latentes mediante agentes de señalización química en la batalla por el espacio y los recursos entre las cepas bacterianas. Proporciona la primera evidencia de que los agentes de señalización química pueden mostrar selectividad por fagos específicos en una cepa bacteriana polisogénica. En este caso, el fago activado (phiMBL3) reveló un interruptor molecular previamente desconocido a través del cual actúa el agente de señalización.

"Ciertas moléculas de señalización podrían permitir combatir a los patógenos a través de la activación de los fagos, por lo que podrían utilizarse para iniciar una terapia interna con fagos", afirma Thomas Böttcher. Al mismo tiempo, los interruptores moleculares de los fagos, que activan selectivamente la producción de partículas virales a través de una molécula de señalización como la piocianina, también podrían servir como una nueva herramienta para la biotecnología o la biología sintética. "Nuestros hallazgos abren un amplio campo en el que queremos avanzar", concluyen los investigadores.

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