Los virus intestinales evolucionan para combatir bacterias y hacer frente a las superbacterias

Los virus que atacan y destruyen de forma selectiva a las bacterias, conocidos como bacteriófagos o simplemente fagos, infectan a las bacterias pero no afectan a las células humanas. Una vez que se fijan a una célula bacteriana, inyectan su material genético, secuestran la maquinaria celular y la obligan a producir nuevos fagos hasta que la bacteria se rompe.

El problema es que las bacterias pueden desarrollar defensas frente a los fagos, del mismo modo que generan resistencia a los antibióticos. La nueva investigación sugiere que los fagos disponen de su propia contramedida evolutiva.

Según el estudio, publicado el jueves en la revista 'Nature Microbiology', algunos de los virus que viven en el intestino humano pueden generar rápidamente variaciones genéticas entre su descendencia, lo que aumenta las posibilidades de que al menos una parte sobreviva cuando las bacterias contraatacan.

Este hallazgo podría abrir una nueva vía en la búsqueda de alternativas a los antibióticos, en un momento en que las infecciones resistentes a los medicamentos son cada vez más difíciles de tratar.

Investigadores de la Universidad Estatal de Míchigan han identificado regiones hasta ahora poco valoradas de los genomas de los bacteriófagos que actúan como "puntos calientes" genéticos, lo que permite a los virus modificar de forma reiterada genes clave a medida que se replican.

Esto sugiere que estas regiones ayudan a los fagos a cubrirse las espaldas en términos evolutivos frente a las defensas bacterianas. En lugar de producir una población de virus genéticamente idénticos, generan una colección diversa de descendientes con características distintas, lo que aumenta las probabilidades de que algunos puedan seguir infectando y matando a sus hospedadores bacterianos.

"Esto cambia nuestra comprensión de cómo evolucionan los fagos", señaló el coautor Chris Waters, miembro del programa de Ecología, Evolución y Comportamiento de la Universidad Estatal de Míchigan. "En lugar de secuestrar a sus hospedadores para producir en masa copias exactas de sí mismos, en realidad están utilizando estos puntos calientes de mutación para crear un zoo", añadió, y subrayó que los fagos "en esencia se están cubriendo las apuestas".

Una vía de escape genética

Los investigadores estudiaron el bacteriófago T2, que infecta a la E. coli, después de analizar un sistema de defensa bacteriano capaz de reconocer y destruir el ADN de los fagos invasores. El equipo trasladó este sistema de defensa a E. coli en el laboratorio y expuso las bacterias a los fagos. La protección no duró mucho.

En cuestión de horas, los fagos empezaron a superar las defensas bacterianas. "En pocas horas, los fagos empezaban siempre a ganar", explicó Waters. "No entendíamos por qué", añadió.

Cuando los investigadores secuenciaron los virus resistentes, encontraron mutaciones repetidas en un gen llamado agt, en particular en un tramo de ADN repetitivo. "Cuando vi los datos pensé, madre mía", recordó Waters.

Esa secuencia resultó ser lo que los científicos denominan un locus de contingencia, una región altamente mutable en la que la maquinaria que copia el ADN puede deslizarse al replicar secuencias repetidas. El resultado es una mutación reversible de desplazamiento del marco de lectura que puede modificar la forma en que se leen las instrucciones del gen.

Algunos fagos ganan una repetición adicional, otros la pierden. El resultado es una población que contiene distintas versiones del virus, potencialmente con diferentes capacidades para eludir las defensas bacterianas.

Los investigadores comprobaron que estas regiones repetitivas acumulaban mutaciones miles de veces más rápido que el resto del genoma del fago. Y el mecanismo no se limita a un solo virus.

Mediante ensayos de evolución experimental y secuenciación del genoma, los investigadores encontraron loci de contingencia similares en el fago T4 de E. coli. También observaron que las repeticiones de secuencias simples estaban muy extendidas en diversos fagos de E. coli, aunque su abundancia variaba entre genes con distintas funciones.

¿Puede ayudar a tratar las superbacterias?

Esta investigación llega en un momento en que científicos y responsables políticos buscan alternativas a los antibióticos. La terapia con fagos no es nueva. Los fagos se utilizaron con fines terapéuticos ya en la década de 1920 para tratar infecciones bacterianas, pero el interés por este enfoque decayó cuando antibióticos como la penicilina se generalizaron.

Ahora, el auge de la resistencia a los antimicrobianos ha reavivado ese interés. Su atractivo se debe en parte a su especificidad. Mientras que muchos antibióticos pueden destruir bacterias beneficiosas junto con el patógeno al que van dirigidos, determinados fagos pueden ser muy selectivos para especies o cepas bacterianas concretas.

Pero esa misma especificidad también es una debilidad, ya que las bacterias pueden desarrollar resistencia a un fago y dejar potencialmente ineficaz un tratamiento. Los resultados obtenidos en la Universidad Estatal de Míchigan plantean la posibilidad de que los científicos puedan aprovechar en el futuro las propias estrategias evolutivas de los virus para hacer que los tratamientos con fagos sean más resistentes.

"Si conseguimos aprovechar este tipo de trucos evolutivos, quizá podamos desarrollar terapias con fagos más eficaces frente a la crisis de resistencia a los antibióticos", afirmó Waters. "Nunca vamos a poder eliminar por completo la resistencia", añadió. "Pero si logramos comprender mejor cómo se protegen las bacterias de la infección por fagos y cómo responden los fagos, quizá podamos minimizarla."

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