Bacteriófagos: qué son, estructura, ciclo vital y aplicaciones terapéuticas

Descubre qué son los bacteriófagos, su estructura, ciclo vital y su potencial terapéutico como alternativa a antibióticos en medicina y biotecnología.

Un bacteriófago es un virus que infecta a las bacterias. El término se acorta comúnmente a fago. Los bacteriófagos se encuentran entre las entidades más comunes y diversas de la biosfera. Al igual que los virus que infectan a los eucariotas (plantas, animales y hongos), existen muchas estructuras y funciones diferentes de los fagos.

Estructura y genoma

La morfología más reconocida de muchos fagos (particularmente de la familia Myoviridae, Siphoviridae y Podoviridae) incluye una cápside de simetría icosaédrica —la parte superior en muchos fagos está formada por una forma parecida a un dado que tiene 20 caras y 30 bordes— que contiene la información genética. En su interior contiene la información genética, que es su ADN. Esta forma parecida a un dado suele asentarse sobre una cola que tiene fibras parecidas a las patas; esas fibras (llamadas fibras de cola o tail fibers) reconocen y se unen a receptores específicos en la superficie bacteriana, lo que determina la especificidad de huésped del fago.

Los fagos suelen estar formados por una carcasa proteica exterior que tiene material genético en su interior. El material genético puede ser de cadena simple (ssRNA o ssDNA), o de doble cadena (dsRNA o dsDNA). Puede tener una longitud de entre 5.000 y 500.000 pares de bases con una disposición circular o lineal. Los bacteriófagos suelen tener un tamaño de entre 20 y 200 nanómetros. Además de las formas icosaédricas con cola, existen fagos filamentoso s y pleomórficos que no siguen esta estructura clásica.

Los genomas de los fagos pueden codificar tan sólo cuatro genes y hasta cientos de ellos. Esa variación explica la enorme diversidad funcional observada: algunos fagos llevan genes que modifican el metabolismo bacteriano, toxinas o factores que pueden alterar la virulencia de la bacteria huésped.

Ciclo vital: lítico, lisogénico y mecanismos

El ciclo vital típico de un fago comienza cuando el fago se adhiere a la bacteria mediante sus fibras de cola y reconoce receptores específicos. Entonces inyectan su genoma en la bacteria. A partir de ahí hay dos grandes estrategias generales:

• Ciclo lítico: El genoma se replica de forma activa, se sintetizan proteínas virales, se ensamblan nuevas partículas (viriones) y finalmente el fago expresa enzimas (como endolisinas y holinas) que debilitan la pared celular para lisar la bacteria y liberar los nuevos fagos para infectar otras células.
• Ciclo lisogénico (o temperado): El genoma fágico se integra en el cromosoma bacteriano o se mantiene como plásmido y se replica junto con la bacteria (estado de profago). En condiciones determinadas ese profago puede activarse y entrar en ciclo lítico. Los fagos temperados pueden mediar transferencia horizontal de genes (transducción), contribuyendo a la evolución bacteriana.

El genoma utiliza las partes de la bacteria para replicarse en su interior. Cuando hay muchos fagos en el interior de la bacteria, ponen enzimas en la bacteria que debilitan la pared celular exterior para poder atravesarla e infectar nuevas bacterias.

Ecología y abundancia

Los fagos están en todos los lugares en los que hay bacterias, como los suelos o los intestinos de los animales. Son muy comunes en el agua de mar: se han encontrado hasta 9×10 ⁸viriones por mililitro en tapetes microbianos en la superficie, y hasta el 70% de las bacterias marinas pueden estar infectadas por fagos. Debido a su gran abundancia y rapidez de réplica, los fagos ejercen una fuerte presión selectiva sobre las poblaciones bacterianas y participan activamente en ciclos biogeoquímicos (por ejemplo, liberando materia orgánica tras la lisis bacteriana).

Historia y descubrimiento

El estudio de los fagos tiene una historia larga: ya a principios del siglo XX se describieron fenómenos de "factor bacteriófago" por investigadores como Frederick Twort y Félix d'Hérelle (quien acuñó el término bacteriófago). Sin embargo, no fue hasta que el primer fago fue observado con un microscopio electrónico por Helmut Ruska en 1939 que se estableció su verdadera naturaleza como partículas virales visibles al microscopio electrónico.

Aplicaciones terapéuticas y biotecnológicas

Se han utilizado durante más de 90 años como alternativa a los antibióticos en la antigua Unión Soviética y en Europa Central, así como en Francia. Hoy día el interés por la fagoterapia ha resurgido a causa del aumento de las infecciones por bacterias resistentes a los antibióticos. Entre las aplicaciones y desarrollos más importantes están:

• Tratamientos personalizados (cócteles de fagos) para infecciones bacterianas difíciles o multirresistentes.
• Uso de enzimas fágicas (por ejemplo, endolisinas) como antimicrobianos en alimentos, superficies o como terapia directa.
• Biocontrol en agricultura y seguridad alimentaria para reducir patógenos como Salmonella o Listeria en alimentos o en plantas.
• Herramientas biotecnológicas: phage display para seleccionar péptidos/anticuerpos, vectores para manipulación genética y como platformas de diagnóstico.
• Fagos modificados genéticamente para mejorar espectro, estabilidad o reducir respuestas inmunes.

Ventajas, limitaciones y consideraciones clínicas

Las ventajas de los fagos incluyen su gran especificidad (minimizan el daño a la microbiota no objetivo), su capacidad de replicarse en el sitio de infección y su eficacia frente a bacterias antibiótico‑resistentes. Sin embargo, enfrentan limitaciones:

• Especificidad estrecha: un fago puede no cubrir todas las cepas de una especie bacteriana, por lo que a menudo se usan mezclas (cócteles).
• Respuesta inmune del huésped: el sistema inmunitario puede neutralizar fagos administrados repetidamente.
• Riesgo de transferencia genética: algunos fagos temperados pueden movilizar genes de resistencia o virulencia por transducción.
• Regulación y estandarización: los ensayos clínicos y la aprobación regulatoria de productos fágicos aún están en desarrollo en muchos países.
• Biofilms: ciertos fagos pueden complicar las biopelículas implicadas en la neumonía y la fibrosis quística. Protegen a las bacterias de los fármacos y prolongan así la infección, aunque también existen fagos y enzimas fágicas específicas que pueden romper biofilms.

Investigación actual y perspectivas

La investigación actual combina enfoques clásicos con herramientas modernas: secuenciación masiva para caracterizar bancos de fagos, ingeniería genética para diseñar fagos más eficaces y seguros, y ensayos clínicos controlados para evaluar su eficacia en humanos. La combinación de fagos con antibióticos, el uso de fagos líticos o de enzimas fágicas purificadas y la personalización del tratamiento son líneas prometedoras.

En resumen, los bacteriófagos son agentes naturales abundantes y diversos que juegan un papel clave en los ecosistemas microbianos y que ofrecen múltiples aplicaciones terapéuticas y biotecnológicas. Al mismo tiempo, su uso clínico requiere evaluación cuidadosa por cuestiones de seguridad, especificidad y regulación.

Preguntas y respuestas

P: ¿Qué es un bacteriófago?

P: ¿Qué aspecto tiene la parte superior de un fago?

P: ¿Cuál es el rango de tamaño de los bacteriófagos?

P: ¿Cuántos genes puede codificar el genoma de los fagos?

P: ¿Cómo se replican los fagos dentro de las bacterias?

P: ¿Dónde podemos encontrar fagos?

P: ¿Cuándo se descubrió por primera vez de qué estaban compuestos estos virus?

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