Descubren que los virus pueden comunicarse entre sí para desplegar estrategias de contagio

Un mecanismo de comunicación microbiana muestra cómo los fagos, los organismos más abundantes en la Tierra, pueden comunicarse entre sí para atacar a las bacterias, lo que puede abrir la puerta a nuevos tratamientos médicos.

Por Cristina Crespo Garay
Publicado 5 jul 2022, 16:55 CEST
Bateriófago virus

Micrografía de un bacteriófago de cola.

Fotografía de SnaxMikn, Wikimedia Commons

La comunicación entre diferentes miembros de una comunidad no se limita a animales altamente evolucionados, sino que también es común en microorganismos. Cuando se produce una infección vírica, un material genético codificado que necesita un huésped que infectar para poder reproducirse, el sistema inmunológico intenta controlar al virus, que evoluciona, muta y cambia su material genético para intentar vencer. Se trata de una batalla entre huésped y virus donde ambos evolucionan juntos.

A raíz de la pandemia de la COVID-19, los virus emergentes han estado en el punto de mira del mundo entero por la amenaza que suponen. Entre los nuevos hallazgos, un grupo de investigadores ha aportado nuevas claves sobre las bases moleculares del sistema de comunicación que utilizan los bacteriófagos para desplegar su estrategia al infectar a las bacterias.

“Hemos observado cómo el virus optimizaba su capacidad de reproducirse e infectar al genotipo del huésped en el que estaba evolucionando de una manera altamente específica”, explica Santiago F. Elena, científico del CSIC que dirige el grupo de Virología Evolutiva y de Sistemas del I2SysBio.

(Relacionado: ¿De dónde vienen los nombres de las variantes de los virus y cómo podemos mejorarlos?)

Los resultados del nuevo estudio, publicado en la revista científica Nature y donde colaboran investigadores del Imperial College de Londres (Reino Unido) con el Instituto de Biomedicina de Valencia (IBV), del CSIC, abren la posibilidad a que distintas especies de bacteriófagos puedan comunicarse entre sí cuando infectan una bacteria.

“Es un sistema sencillo y elegante que utilizan los bacteriófagos 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.

¿Qué son los bacteriófagos?

También llamados fagos, los bacteriófagos 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. Según el CSIC, en el ciclo lítico, tras infectar a la bacteria, los virus se multiplican generando múltiples copias que llegan a destruir 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 destruyendo la célula hospedadora, algo similar a los virus del herpes o hepatitis delta en humanos".

(Relacionado: Hay más virus que estrellas en el universo, pero no todos infectan a los 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.

Una vez infectada la bacteria, el fago produce un mensaje, es decir, una molécula llamada AimP, que es "oída" por el receptor que producen otros fagos en bacterias vecinas, decidiendo entre un ciclo vital u otro.

Así se transmite un virus de animales a humanos
Chris y James paran en un mercado de carne junto a una autopista de Monrovia, Liberia, que sirve como ejemplo de cómo llegan los virus de los animales salvajes a poblaciones humanas. Imágenes del programa 'Cazadores de Virus'.

“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”, explica Francisca Gallego, técnica de investigación del CSIC en el IBV y primera firmante del trabajo.

¿Cooperando o difundiendo fakenews?

En el primer sistema, un fago sólo se comunicaría con su progenie utilizando 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 del Imperial College, en Londres, ha caracterizado el sistema arbitrium de un nuevo fago (Katmira, que infecta a la bacteria Bacillus subtilis) mediante difracción de rayos X.

(Relacionado: Los microbios intestinales podrían ser los nuevos aliados en la lucha contra los virus)

“La comparación de distintos sistemas nos ha permitido comprender cómo se lee la molécula AimP, mostrando que la diferenciación entre mensajes es débil”, asegura Marina. “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 [comunicación cruzada], y que también unos puedan controlar a otros, cross-regulation [regulación cruzada]. Esto supondría un nuevo avance en la comunicación dentro el mundo microbiano”.

Aunque aún se desconoce la función biológica de esta comunicación - a la espera de descubrir si los fagos la utilizan para cooperar, engañar difundiendo fake-news o competir entre ellos -, el hallazgo podría utilizarse para activar estos microorganismos contra bacterias patógenas o resistentes a antibióticos.

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”.

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