Cómo los fagos desarman a las bacterias patógenas

Investigadores del Departamento de Bioquímica y Biofísica de la Facultad de Agricultura y Ciencias de la Vida de Texas (EEUU) han resuelto el misterio de cómo los fagos desarman a las bacterias patógenas, y uno de los motivos es un apéndice llamado pilus, que lleva el nombre de la palabra latina para lanza. Estas estructuras cilíndricas se extienden desde la superficie de las bacterias.

La investigación, que forma parte de un estudio colaborativo de distintos centros y que ha sido publicada en ´Science´, ha sido realizada por Lanying Zeng , profesor, y Junjie Zhang , profesor asociado, ambos en el Departamento de Bioquímica y Biofísica de la Facultad de Agricultura y Ciencias de la Vida de Texas A&M

Las infecciones bacterianas plantean desafíos importantes para la agricultura y la medicina, especialmente porque los casos de bacterias resistentes a los antibióticos siguen aumentando. ´Pseudomonas aeruginosa´ es un tipo de bacteria que puede causar infecciones en la sangre, los pulmones y ocasionalmente en otras partes del cuerpo. Estas infecciones son especialmente comunes en entornos sanitarios, donde a menudo se encuentran bacterias resistentes a los medicamentos.

Según los Centros para el Control y la Prevención de Enfermedades, en 2017 hubo más de 30.000 casos de infecciones por P. aeruginosa multirresistente entre pacientes hospitalizados. La prevalencia de infecciones por ´Pseudomonas resistentes´ a los antibióticos las convierte en un punto práctico de enfoque para la terapia con fagos, un tipo de método de tratamiento que utiliza bacteriófagos o fagos, que los investigadores del Centro de Tecnología de Fagos de Texas A&M están explorando como una alternativa a los medicamentos típicos.

Uno de los factores que permite a ´P. aeruginosa´ transmitirse genes resistentes a los antimicrobianos entre sí, así como moverse y crear estructuras difíciles de tratar llamadas biopelículas, es un apéndice llamado pilus, que lleva el nombre de la palabra latina para lanza . Estas estructuras cilíndricas se extienden desde la superficie de las bacterias.

Algunos fagos utilizan pili bacterianos uniéndose a ellos y permitiendo que las bacterias lleven el fago a la superficie, donde el fago puede comenzar a infectar las bacterias. En su estudio los investigadores estudiaron este proceso paso a paso utilizando microscopía de fluorescencia, microscopía electrónica criogénica y modelado computacional. Observaron cómo un fago llamado PP7 infecta a ´P. aeruginosa´ uniéndose al pilus, que luego se retrae y atrae el fago hacia la superficie celular.

En el punto de entrada del virus, el pilus se dobla y se rompe, y la pérdida del pilus hace que ´P. aeruginosa´ sea mucho menos capaz de infectar a su propio huésped. La investigación en curso Este trabajo es una continuación de una investigación anterior publicada en 2020, cuando el equipo de Zeng encontró un fago que de manera similar puede romper los pili de las células de ´E. coli´, evitando que las bacterias compartan genes entre sí, una forma común en que se propaga la resistencia a los antibióticos.

El progreso del equipo en la determinación de estructuras proteicas precisas e interacciones moleculares ha sido posible gracias al nuevo microscopio crioelectrónico de AgriLife Research, que se inauguró en Texas A&M a finales de 2022 y puede resolver estructuras a nivel atómico.

Las implicaciones de esta investigación en curso podrían resultar importantes en el tratamiento de infecciones antimicrobianas. Zhang ha señalado que los médicos no necesitarían usar fagos para matar las bacterias, como se hace en la terapia con fagos, sino que podrían simplemente permitir que los virus desarmen a las bacterias, lo que podría darle al sistema inmunológico la oportunidad de combatir la infección por sí solo o permitirle médicos para tratar a los pacientes con dosis más bajas de antibióticos.

" Si simplemente matas las bacterias, rompes las células y estas liberarán material tóxico desde el interior de la célula hacia el huésped. Nuestro enfoque consiste en utilizar un tipo particular de fago que desarma a las bacterias. Eliminamos su capacidad de intercambiar genes de resistencia a los medicamentos o de moverse rompiendo este apéndice ", añade.

El equipo de científicos de fagos dijo que seguirán buscando casos similares de fagos que amortigüen la virulencia de las bacterias patógenas. " Estamos adoptando un enfoque sinérgico. Estamos tratando de comprender un mecanismo universal para este tipo de fagos y cómo son capaces de afectar a otros tipos de bacterias. Ese es el objetivo general de nuestro esfuerzo colaborativo: intentar abordar el problema de las bacterias resistentes a múltiples fármacos ", concluye Zhang.

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