Bacteriófagos

Los bacteriófagos son los entes biológicos más abundantes de la tierra, ocupando prácticamente todos los nichos ecológicos donde poseen un rol determinante en el balance de los ecosistemas bacterianos¹ .  Así, se ha estimado que cada mililitro de agua de mar contiene millones de estas partículas  y los sedimentos marinos superficiales cercanos a la costa contienen  entre 10⁸ y 10⁹ virus por cm³. Extrapolando se estiman que en la biosfera habrían cerca de 10³¹ partículas virales.

Hay dos tipos de bacteriófagos, los líticos o virulentos, que infectan a las bacterias y las matan, y los lisogénicos o temperados, que establecen una relación simbiótica con la bacteria que ataca, que tienen un ciclo replicativo no lítico, es decir pueden convivir con ella e incluso pueden causar cambios fenotípicos en estas.

La taxonomía de estos virus se basa en características morfológicas, como forma y tamaño, y moleculares, como las características de sus ácidos nucleicos.

Los bacteriófagos como todos los virus se clasifican de acuerdo al tipo de material genético que contienen (DNA de cadena simple —ssDNA— o doble —dsDNA, RNA de cadena simple —ssRNA— o doble—dsRNA).

• Corticoviridae: es una familia de bacteriófagos que infectan bacterias acuáticas. Son virus icosaédricos, envueltos por una cubierta lipídica, dsDNA La especie tipo es el fago PM2 de Pseudoalteromonas.

• Cystoviridae: es una familia de bacteriófagos que infectan bacterias Gram negativas. Con cápside icosaédrica, envueltos por una cubierta lipídica, tres moléculas de dsRNA El único género de la familia es Cystovirus. La mayoría de los cystovirus identificados infectan a las especies de Pseudomonas, pero esto puede ser un sesgo del método de selección y enriquecimiento. La especie tipo es Fago Φ6 de Pseudomonas.

• Fuselloviridae: es una familia de bacteriófagos que comprende un sólo género, Fusellovirus, que infecta a la arquea Es un virus pleomórfico, envueltos por una cubierta lipídica, sin cápside, dsDNA circular superenrrollado. La especie tipo es Sulfolobus virus 1 (sinónimo: Sulfolobus shibatae bacteriophage SSV1, acrónimo: SSV-1.).

• Inoviridae:
• género Inovirus: Virus infectivo, largos filamentos con simetría helicoidal, ssDNA Especie tipo: Fago M13 de Enterobacteria
• género Plectrovirus: bastones cortos con simetría helicoidal, ssDNA Especie tipo: Fago MV-L51 Acholeplasma

• Fiersviridae (anteriormente Leviviridae): cápside cuasi icosaédricas, una molécula de ssRNA

Esta familia incluye una gran cantidad de virus de ARN procariotas aislados con anterioridad, principalmente por metagenómica que no habían sido asignados a la taxonomía con anterioridad al igual que otras familias recién establecidas, luego de se descubriera que la antigua familia Leviviridae era más expansiva.

• Género Levivirus; especie tipo: Fago MS2 de Enterobacteria
• Género Allolevivirus; especie tipo: Fago Qβ de Enterobacteria

• Lipothrixviridae: es una familia de bacteriófagos infectivos para arqueas hipertermófilicas del reino Crenarchaeota. Son filamentos envueltos por una cubierta lipídica, dsDNA

• Myoviridae: es una familia de bacteriófagos que se caracterizan por poseer un genoma con ADN de cadena doble y por albergar dicha información genética en una cápside carente de envoltura viral y estructuralmente definida por una simetría binal, poseyendo una cabeza icosaédrica o elongada y una cola helicoidal corta.

• Género T4-like viruses; especie tipo: Fago T4 de Enterobacteria, también Fago T2 de Enterobacteria
• Género P1-like viruses; especie tipo: Fago P1 de Enterobacteria
• Género P2-like viruses; especie tipo: Fago P2 de Enterobacteria
• Género Mu-like viruses; especie tipo: Fago Mu de Enterobacteria
• Género SPO1-like viruses; especie tipo: Fago SPO1 de Bacillus
• Género φH-like viruses; especie tipo: Fago φH de Halobacterium

• Plasmaviridae: son virus pleomórficos, envueltos por una cubierta lipídica, sin cápside, dsDNA circular superenrollado. Ejemplo: Acholeplasma virus L2

• Microviridae: es una familia de bacteriófagos (cápside icosaédrica) con un genoma de ADN monocatenario (ssDNA). Las enterobacterias, las bacterias parasitarias intracelulares y el espiroplasma sirven como huéspedes naturales.

• Género Microvirus; especie tipo: Fago φX174 de Enterobacteria
• Género Spiromicrovirus; especie tipo: Fago 4 de Spiroplasma
• Género Bdellomicrovirus; especie tipo: Fago MAC1 de Bdellovibrio
• Género Chlamydiamicrovirus; especie tipo: Fago 1 de Chlamydia

• Ampullaviridae es una familia de virus de ADN que infectan arqueas. Incluye dos géneros:
• Ampullavirus
• Bottigliavirus

El nombre de la familia y el género se deriva del latín «ampulla» botella, debido a que los viriones tienen forma de botella

• Siphoviridae es una familia de bacteriófagos caracterizados por poseer un genoma con ADN de cadena doble lineal como ácido nucleico y por albergar dicha información genética en una cápside carente de envoltura viral y estructuralmente definida por una simetría binal, poseyendo una cabeza icosaédrica y una cola helicoidal larga.

• Género λ-like viruses; especie tipo: Fago λ de Enterobacteria
• Género T1-like viruses; especie tipo: Fago T1 de Enterobacteria
• Género T5-like viruses; especie tipo: Fago T5 de Enterobacteria
• Género c2-like viruses; especie tipo: Fago c2 de Lactococcus
• Género L5-like viruses; especie tipo: Fago L5 de Mycobacterium
• Género ψM1-like viruses; especie tipo: Fago ψM1 de Methanobacterium
• Género φC31-like viruses; especie tipo: Fago φC31 de Streptomyces
• Género N15-like viruses; especie tipo: Fago N15 de Enterobacteria

• Bicaudaviridae es una familia de virus de ADN bicatenario que infectan arqueas hipertermófilas. Incluye dos géneros:
  • Bicaudavirus
  • Monocaudavirus

• Globuloviridae es una familia de virus de ADN bicatenario que infectan arqueas hipertermófilas. Los viriones son esféricos y llevan una envoltura vírica que contiene lípidos y un núcleo helicoidal con nucleoproteínas.

• Alphaglobulovirus
  • Alphaglobulovirus PSV
  • Alphaglobulovirus PSV1
  • Alphaglobulovirus TSPV1
  • Alphaglobulovirus TTSV1

• Tectiviridae es una familia de bacteriófagos caracterizados por tener un genoma de ADN bicatenario. Es una única molécula de ADN lineal no segmentada que formando una bobina altamente empaquetada que codifica las proteínas estructurales. Estos virus pueden infectar bacterias Gram-negativas que portan plásmidos con resistencia antibiótica, por ejemplo, el Fago PRD1 de Enterobacteria.

No tienen la estructura típica cabeza-cola, pero son capaces de producir tubos similares a colas durante la absorción o después de un tratamiento con cloroformo. Se caracterizan por poseer una cápside carente de envoltura viral y estructuralmente definida por una simetría compleja icosaédrica, con capa doble característica, una interna y otra externa.

• Alphatectivirus
• Betatectivirus
• Deltatectivirus
• Gammatectivirus
• Epsilontectivirus

• Rudiviridae es una familia de bacteriófagos que comprende un sólo género, Rudivirus, que infecta a la arquea Comparten características con la familia Lipothrixviridae pues ambos son virus filamentosos con genomas ADN bicatenarios lineales que infectan arqueas termófilas del filo Crenarchaeota. No presentan envoltura.

Fig. 1 Morfotipos de bacteriófagos y virus de arqueas²

Ciclos de vida de los bacteriófagos

Para reproducirse, los bacteriófagos primero deben ingresar a la célula huésped. Se unen a receptores específicos en la superficie de la célula bacteriana con sus fibras de la cola adsorción y crean un agujero, un proceso que, junto con la unión, está coordinado por la baseplato. Se impulsa un tubo rígido fuera de la vaina, perforando un agujero en la membrana de la célula bacteriana a través del cual inyectan su material genético ADN o ARN, bicatenario o monocatenario. Luego pueden secuestrar la maquinaria celular de la célula huésped para supropia replicación si las condiciones circundantes son desfavorables en un proceso llamado ciclo lítico. Alternativamente, pueden entrar en un estado latente, conocido como ciclo lisogénico, dentro de la célula huésped si las condiciones son favorables.

Ciclo lítico³

En el ciclo lítico, un fago actúa como un virus típico: secuestra a su célula anfitriona y utiliza los recursos de la célula para hacer muchos fagos nuevos, lo que causa que la célula lise (estalle) y muera en el proceso.

1. Fijación: las proteínas en la cola del fago se unen a un receptor específico (en este caso, un transportador de azúcar) en la superficie de la célula bacteriana.
2. Penetración: el fago inyecta su genoma de ADN bicatenario dentro del citoplasma de la bacteria.
3. Copia del ADN y síntesis de proteínas: se copia el ADN del fago y los genes del fago se expresan para hacer proteínas, como las proteínas de la cápside.
4. Ensamblaje del nuevo fago: las cápsides se ensamblan a partir de las proteínas de la cápside y se rellenan con ADN para hacer nuevas partículas de fago.
5. Lisis: en las últimas etapas del ciclo lítico, el fago expresa los genes para las proteínas que hacen agujeros en la membrana plasmática y la pared celular. Los agujeros dejan que entre agua, y hacen que la célula se expanda y estalle como un globo con demasiada agua.

La célula que estalla, o se lisa, libera centenares de fagos nuevos, que pueden encontrar e infectar a otras células anfitrionas próximas. De esta manera, unos pocos ciclos de infección lítica pueden dejar que el fago se propague como fuego a través de una población bacteriana.

Ciclo lisogénico³

El ciclo lisogénico permite que un fago se reproduzca sin matar a su anfitrión. Los primeros dos pasos (fijación e inyección del ADN) ocurren tal como sucede en el ciclo lítico. Sin embargo, una vez que el ADN del fago está dentro de la célula, no se copia ni se expresa inmediatamente para hacer las proteínas. En cambio, se recombina con una región particular del cromosoma bacteriano. Esto hace que el ADN del fago se integre al cromosoma.

Transición de lisogénico a lítico

El fago con el ADN integrado, llamado profago, no es activo: sus genes no se expresan y promueve la producción de fagos nuevos. Sin embargo, cada vez que una célula anfitriona se divide, el profago se copia junto con el ADN anfitrión, sin hacer esfuerzo alguno. El ciclo lisogénico es menos llamativo (y menos violento) que el ciclo lítico, pero al final del día, es solo otra manera para que el fago se reproduzca.

Si una bacteria que contiene profago está expuesta a factores estresantes, como luz ultravioleta, condiciones de bajos nutrientes o sustancias químicas como la mitomicina C, el profago puede extraerse espontáneamente del genoma del huésped y entrar en el ciclo lítico en un proceso llamado inducción.

Este proceso, sin embargo, no es perfecto y el prófago a veces puede dejar porciones de su ADN o llevarse porciones del ADN del huésped cuando vuelven a circularizar. Si luego infectan una nueva célula huésped, pueden transportar genes bacterianos de uno de ellos.cepa a otro en un proceso llamado transducción. Este es un método por el cual los genes de resistencia a antibióticos, genes que codifican toxinas y superantígenos y otros rasgos de virulencia pueden diseminarse a través de una población bacteriana.

1. Guttman B, Raya R, Kutter E. Basic phage biology. Bacteriophages: Biology and applications. 2005;4:30-63.
2. Ackermann HW. Frequency of morphological phage descriptions in the year 2000. Archives of virology. 2001;146(5):843-857.
3. Classroom G. Bacteriófagos. https://es.khanacademy.org/science/biology/biology-of-viruses/virus-biology/a/bacteriophages.