Un estudi liderat per l’Institut de Biomedicina de València (IBV) defineix les bases moleculars d’un mecanisme de comunicació microbiana i mostra com els fags poden comunicar-se entre sí

Un grup d’investigació de l’Institut de Biomedicina de València (IBV), del Consell Superior d’Investigacions Científiques (CSIC), ha realitzat un estudi que aporta noves claus sobre les bases moleculars del sistema de comunicació que utilitzen els bacteriòfags per a desplegar la seua estratègia en infectar als bacteris. Els resultats de l’estudi, on col·laboren investigadors de l’Imperial College de Londres, obrin la possibilitat al fet que diferents espècies de fags puguen comunicar-se entre si. Encara que es desconeix la funció biològica d’aquesta comunicació, la troballa podria utilitzar-se per a activar aquests microorganismes contra bacteris patògens o resistents a antibiòtics.

Els bacteriòfags (també anomenats fags) són els organismes més abundants de la Terra. Són virus que només infecten als bacteris amb estratègies que varien segons els seus cicles de vida: lisi o lisogènia. En el cicle lític, després d’infectar al bacteri es multipliquen generant múltiples còpies que s’aboquen al mitjà en destruir (lisar) el bacteri infectat. En el lisogènic, s’integren en el genoma del bacteri sense danyar-la, passant a formar part d’ella durant generacions. En aquest estat poden rebre un senyal activador i passar al cicle lític, generant noves còpies i lisant (destruint) la cèl·lula allotjadora, una cosa similar als virus de l’herpes o hepatitis delta en humans.

Els fags poden triar entre totes dues estratègies, encara que en la major part dels casos es desconeixen les raons. Recentment es va descobrir un mecanisme anomenat arbitrium (‘decisió’, en llatí) que utilitzen alguns fags per a prendre aquesta decisió entre lisi o lisogènia. “És un sistema senzill i elegant que utilitzen els fags per a comunicar-se i avaluar la quantitat de parents hi ha en el mitjà en relació als bacteris disponibles per a infectar”, explica Alberto Marina, investigador que dirigeix la Unitat de Cristal·lografia de Macromolècules de l’IBV-CSIC que ha realitzat l’estudi.

Una vegada infectada el bacteri, el fag produeix un ‘missatge’ (una xicoteta molècula anomenada AimP), que aboca al mitjà i és ‘sentida’ pel receptor que produeixen uns altres fags en bacteris veïns, decidint entre un cicle vital o un altre. “Si els bacteris veïns no estan infectats, els nivells d’AimP seran baixos i el fag desenvoluparà lisi, produint més progènie i infectant els bacteris disponibles. Per contra, si els bacteris circumdants estan infectades, els nivells d’AimP seran alts i el fag es mantindrà en lisogènia, ja que, si genera progènie, aquesta no trobaria bacteris lliures que infectar”, descriu Francisca Gallego, tècnica d’investigació del CSIC a l’IBV i primera signant del treball.

Comunicació entre fags

Segons la descripció inicial d’arbitrium, un fag només es comunicaria amb la seua progènie, utilitzant per a això cada fago una molècula AimP de seqüència diferent. És a dir, cada fag parla només amb els seus parents. No obstant això, l’equip de l’IBV-CSIC, en col·laboració amb el grup de José R. Peneadés del Centre for Molecular Biology and Infection (Imperial College, Londres), ha caracteritzat el sistema arbitrium d’un nou fago (Katmira, que infecta al bacteri Bacillus subtilis) mitjançant difracció de raigs X, confirmant el mecanisme molecular de la decisió entre lisi i lisogènia en fags amb sistema arbitrium.

“La comparació de diferents sistemes ens ha permés comprendre com es llig la molècula AimP, mostrant que la diferenciació entre ‘missatges’ és feble”, assegura Alberto Marina. Segons l’investigador de l’IBV-CSIC, això obri la porta a una regulació creuada entre fags en la regulació de la decisió entre lisi-lisogènia. “A més de definir les bases moleculars del sistema arbitrium, amb aquest treball posem de manifest que és possible que diferents fags es comuniquen entre ells, la qual cosa es denomina cross-talk, i que també uns puguen controlar a uns altres (cross-regulation). Això suposaria un nou avanç en la comunicació dins el món microbià”.

Antibiòtics d’altíssima precisió

Encara queda per dilucidar la funció biològica d’aqueixa comunicació, és a dir, si els fags la utilitzen per a cooperar, enganyar (difonent fake-news a l’entorn) o competir. En el terreny de les aplicacions de l’estudi, Marina destaca que “els resultats obtinguts permetrien utilitzar el sistema arbitrum dins del camp de la teràpia fàgica, que consisteix a utilitzar als fagos per a lluitar contra bacteris patogènics o multiresistents a antibiòtics respectant als bacteris comensals i beneficiosos. És a dir, utilitzar-los com a antibiòtics d’altíssima precisió”.

 

Referència:

Francisca Gallego del Sol, Nuria Quiles-Puchalt, Aisling Brady, José R. Penadés, Alberto Marina. Insights into the mechanism of action of the arbitrium communication system in SPbeta phages. Nature Communications. DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-022-31144-3

Hipoxia doradas adaptación ejercicio IATS

Imatge microscòpica d’una enterobactèria. Crèdit: IBV.

Material de descàrrega
Imatge (jpeg)
Nota de premsa (pdf)

Share This
Ministerio de Ciencia y TecnologíaCSICDelegación C.Val.Casa de la Ciència