Bacteriófago

Modelo estructural en resolución atómica de bacteriófago T4

La estructura de una bacteria miovirus típica

Ciclo de Anatomía e Infección de la Faja T4.

Un bacteriófago (), también conocido informalmente como fago (), es un virus duplodnaviria que infecta y se replica dentro de bacterias y arqueas. El término se derivó de "bacteria" y el griego φαγεῖν (phagein), que significa "devorar". Los bacteriófagos están compuestos de proteínas que encapsulan un genoma de ADN o ARN y pueden tener estructuras simples o elaboradas. Sus genomas pueden codificar tan solo cuatro genes (por ejemplo, MS2) y hasta cientos de genes. Los fagos se replican dentro de la bacteria tras la inyección de su genoma en su citoplasma.

Los bacteriófagos se encuentran entre las entidades más comunes y diversas de la biosfera. Los bacteriófagos son virus ubicuos, que se encuentran dondequiera que existan bacterias. Se estima que hay más de 10³¹ bacteriófagos en el planeta, más que cualquier otro organismo en la Tierra, incluidas las bacterias, combinados. Los virus son la entidad biológica más abundante en la columna de agua de los océanos del mundo y el segundo componente más grande de la biomasa después de los procariotas, donde se han encontrado hasta 9x10⁸ viriones por mililitro en microbios. esteras en la superficie, y hasta el 70% de las bacterias marinas pueden estar infectadas por fagos.

Los fagos se han utilizado desde finales del siglo XX como alternativa a los antibióticos en la antigua Unión Soviética y Europa Central, así como en Francia. Se consideran una posible terapia contra cepas multirresistentes de muchas bacterias (ver terapia con fagos).

Se sabe que los fagos interactúan con el sistema inmunitario tanto indirectamente a través de la expresión bacteriana de proteínas codificadas por fagos como directamente al influir en la inmunidad innata y la eliminación bacteriana. Las interacciones fago-huésped se están convirtiendo en áreas de investigación cada vez más importantes.

Clasificación

Los bacteriófagos ocurren abundantemente en la biosfera, con diferentes genomas y estilos de vida. Los fagos están clasificados por el Comité Internacional de Taxonomía de Virus (ICTV) según su morfología y ácido nucleico.

Bacteriophage P22, miembro del Podoviridae por morfología debido a su cola corta, no contractual

Bacteriophage T2, miembro del Myoviridae debido a su cola contractual

Se ha sugerido que los miembros de Picobirnaviridae infectan bacterias, pero no mamíferos.

También hay muchos géneros no asignados de la clase Leviviricetes: Chimpavirus, Hohglivirus, Mahrahvirus, Meihzavirus, Nicedsevirus, Sculuvirus, Skrubnovirus, Tetipavirus y Winunavirus que contiene genomas de ssRNA lineales y el género no asignado Lilyvirus del orden Caudovirales que contiene un genoma de dsDNA lineal.

Historia

Félix d'Herelle

En 1896, Ernest Hanbury Hankin informó que algo en las aguas de los ríos Ganges y Yamuna en la India tenía una marcada acción antibacteriana contra el cólera y podía pasar a través de un filtro de porcelana muy fina. En 1915, el bacteriólogo británico Frederick Twort, superintendente de la Institución Brown de Londres, descubrió un pequeño agente que infectaba y mataba bacterias. Creía que el agente debía ser uno de los siguientes:

1. un estadio en el ciclo de vida de las bacterias
2. una enzima producida por las propias bacterias, o
3. un virus que creció y destruyó la bacteria

La investigación de Twort se vio interrumpida por el inicio de la Primera Guerra Mundial, así como por la escasez de fondos y los descubrimientos de antibióticos.

De forma independiente, el microbiólogo francocanadiense Félix d'Hérelle, que trabajaba en el Instituto Pasteur de París, anunció el 3 de septiembre de 1917 que había descubierto "un microbio antagónico e invisible del bacilo de la disentería". Para d'Hérelle, no había dudas sobre la naturaleza de su descubrimiento: "En un santiamén lo comprendí: lo que causaba mis manchas claras era de hecho un microbio invisible... un virus parásito de las bacterias. " D'Hérelle llamó al virus un bacteriófago, un devorador de bacterias (del griego phagein, que significa "devorar"). También registró un relato dramático de un hombre que sufría de disentería a quien los bacteriófagos le devolvieron la buena salud. Fue d'Hérelle quien realizó muchas investigaciones sobre los bacteriófagos e introdujo el concepto de terapia con fagos.

Premios Nobel otorgados por investigación de fagos

En 1969, Max Delbrück, Alfred Hershey y Salvador Luria recibieron el Premio Nobel de Fisiología o Medicina por sus descubrimientos sobre la replicación de virus y su estructura genética. Específicamente, el trabajo de Hershey, como colaborador del experimento Hershey-Chase en 1952, proporcionó evidencia convincente de que el ADN, y no las proteínas, era el material genético de la vida. Delbrück y Luria llevaron a cabo el experimento Luria-Delbrück que demostró estadísticamente que las mutaciones en las bacterias ocurren al azar y, por lo tanto, siguen principios darwinianos en lugar de lamarckianos.

Usos

Terapia de fagos

George Eliava

Se descubrió que los fagos eran agentes antibacterianos y se utilizaron en la antigua República Soviética de Georgia (iniciada allí por Giorgi Eliava con la ayuda del co-descubridor de bacteriófagos, Félix d'Hérelle) durante las décadas de 1920 y 1930 para tratar infecciones bacterianas. Tenían un uso generalizado, incluido el tratamiento de los soldados del Ejército Rojo. Sin embargo, fueron abandonados para uso general en Occidente por varias razones:

• Los antibióticos fueron descubiertos y comercializados ampliamente. Eran más fáciles de hacer, almacenar y prescribir.
• Se llevaron a cabo ensayos médicos de phages, pero una falta básica de comprensión de los phages planteó preguntas sobre la validez de estos juicios.
• La publicación de la investigación en la Unión Soviética estaba principalmente en los idiomas ruso o georgiano y durante muchos años no se siguió a nivel internacional.

El uso de fagos ha continuado desde el final de la Guerra Fría en Rusia, Georgia y otros lugares de Europa Central y Oriental. El primer ensayo clínico doble ciego, aleatorizado y regulado se informó en el Journal of Wound Care en junio de 2009, que evaluó la seguridad y la eficacia de un cóctel de bacteriófagos para tratar las úlceras venosas infectadas de la pierna en humanos. pacientes La FDA aprobó el estudio como ensayo clínico de Fase I. Los resultados del estudio demostraron la seguridad de la aplicación terapéutica de bacteriófagos, pero no mostraron eficacia. Los autores explicaron que el uso de ciertas sustancias químicas que forman parte del cuidado estándar de heridas (p. ej., lactoferrina o plata) puede haber interferido con la viabilidad de los bacteriófagos. Poco después, en agosto de 2009, la revista Clinical Otolaryngology informó sobre otro ensayo clínico controlado en Europa Occidental (tratamiento de infecciones de oído causadas por Pseudomonas aeruginosa). El estudio concluye que Las preparaciones de bacteriófagos fueron seguras y efectivas para el tratamiento de infecciones crónicas del oído en humanos. Además, se han realizado numerosos ensayos clínicos experimentales en animales y otros que evalúan la eficacia de los bacteriófagos para diversas enfermedades, como quemaduras y heridas infectadas e infecciones pulmonares asociadas a la fibrosis quística, entre otras. Por otro lado, se ha demostrado que los fagos de Inoviridae complican las biopelículas implicadas en la neumonía y la fibrosis quística y protegen a las bacterias de los fármacos destinados a erradicar la enfermedad, promoviendo así una infección persistente.

Mientras tanto, los investigadores de bacteriófagos han estado desarrollando virus modificados para superar la resistencia a los antibióticos y modificando los genes del fago responsables de codificar las enzimas que degradan la matriz del biofilm, las proteínas estructurales del fago y las enzimas responsables de la lisis de la pared celular bacteriana. Ha habido resultados que muestran que los fagos T4 que son de tamaño pequeño y de cola corta pueden ser útiles para detectar E. coli en el cuerpo humano.

La eficacia terapéutica de un cóctel de fagos se evaluó en un modelo de ratones con infección nasal de A resistente a múltiples fármacos (MDR). baumannii. Los ratones tratados con el cóctel de fagos mostraron una tasa de supervivencia 2,3 veces mayor en comparación con los no tratados siete días después de la infección. En 2017, un paciente con un páncreas comprometido por MDR A. baumannii recibió varios antibióticos; a pesar de esto, la salud del paciente continuó deteriorándose durante un período de cuatro meses. Sin antibióticos efectivos, el paciente fue sometido a terapia con fagos utilizando un cóctel de fagos que contenía nueve fagos diferentes que habían demostrado ser efectivos contra MDR A. baumannii. Una vez en esta terapia, la trayectoria clínica descendente del paciente se revirtió y recuperó la salud.

D'Herelle "aprendió rápidamente que los bacteriófagos se encuentran dondequiera que prosperen las bacterias: en las alcantarillas, en los ríos que recogen los desechos que se escurren de las tuberías y en las heces de los pacientes convalecientes." Esto incluye ríos que tradicionalmente se cree que tienen poderes curativos, incluido el río Ganges de la India.

Otro

Industria alimentaria: los fagos se han utilizado cada vez más para proteger los productos alimenticios y para prevenir el deterioro por bacterias. Desde 2006, la Administración de Drogas y Alimentos de los Estados Unidos (FDA) y el Departamento de Agricultura de los Estados Unidos (USDA) han aprobado varios productos de bacteriófagos. LMP-102 (Intralytix) fue aprobado para el tratamiento de productos cárnicos y avícolas listos para comer (RTE). En ese mismo año, la FDA aprobó LISTEX (desarrollado y producido por Micreos) usando bacteriófagos en el queso para matar la bacteria Listeria monocytogenes, con el fin de otorgarles el estatus de generalmente reconocido como seguro (GRAS). En julio de 2007, se aprobó el uso del mismo bacteriófago en todos los productos alimenticios. En 2011, el USDA confirmó que LISTEX es un auxiliar de procesamiento de etiqueta limpia y está incluido en el USDA. La investigación en el campo de la seguridad alimentaria continúa para ver si los fagos líticos son una opción viable para controlar otros patógenos transmitidos por los alimentos en varios productos alimenticios.

Diagnóstico: en 2011, la FDA aprobó el primer producto basado en bacteriófagos para uso diagnóstico in vitro. La prueba de hemocultivo KeyPath MRSA/MSSA utiliza un cóctel de bacteriófagos para detectar Staphylococcus aureus en hemocultivos positivos y determinar la resistencia o susceptibilidad a la meticilina. La prueba arroja resultados en unas cinco horas, en comparación con los dos o tres días de los métodos estándar de prueba de susceptibilidad e identificación microbiana. Fue la primera prueba acelerada de susceptibilidad a los antibióticos aprobada por la FDA.

Contrarrestar las armas biológicas y las toxinas: las agencias gubernamentales de Occidente han buscado ayuda durante varios años en Georgia y la antigua Unión Soviética para explotar fagos para contrarrestar las armas biológicas y las toxinas, como el ántrax y el botulismo. Los desarrollos continúan entre los grupos de investigación en los EE. UU. Otros usos incluyen la aplicación por aspersión en la horticultura para proteger las plantas y los productos vegetales de la descomposición y la propagación de enfermedades bacterianas. Otras aplicaciones de los bacteriófagos son como biocidas para superficies ambientales, por ejemplo, en hospitales, y como tratamientos preventivos para catéteres y dispositivos médicos antes de su uso en entornos clínicos. Ya existe la tecnología para aplicar fagos a superficies secas, por ejemplo, uniformes, cortinas o incluso suturas para cirugía. Los ensayos clínicos publicados en Otorrinolaringología Clínica muestran éxito en el tratamiento veterinario de perros con otitis.

El método de detección e identificación de bacterias SEPTIC utiliza la emisión de iones y su dinámica durante la infección por fagos y ofrece una alta especificidad y velocidad de detección.

La presentación en fagos es un uso diferente de los fagos que implica una biblioteca de fagos con un péptido variable vinculado a una proteína de superficie. Cada genoma de fago codifica la variante de la proteína que se muestra en su superficie (de ahí el nombre), proporcionando un vínculo entre la variante peptídica y su gen codificante. Los fagos variantes de la biblioteca pueden seleccionarse a través de su afinidad de unión a una molécula inmovilizada (p. ej., toxina botulínica) para neutralizarla. Los fagos seleccionados unidos se pueden multiplicar reinfectando una cepa bacteriana susceptible, lo que les permite recuperar los péptidos codificados en ellos para su posterior estudio.

Descubrimiento de fármacos antimicrobianos: las proteínas de los fagos a menudo tienen actividad antimicrobiana y pueden servir como pistas para peptidomiméticos, es decir, fármacos que imitan a los péptidos. La tecnología de ligandos de fagos utiliza proteínas de fagos para diversas aplicaciones, como la unión de bacterias y componentes bacterianos (p. ej., endotoxinas) y la lisis de bacterias.

Investigación básica: los bacteriófagos son organismos modelo importantes para estudiar los principios de la evolución y la ecología.

Detrimentos

Industria láctea

Los bacteriófagos presentes en el ambiente pueden hacer que el queso no fermente. Para evitar esto, se pueden utilizar cultivos iniciadores de cepas mixtas y regímenes de rotación de cultivos. La ingeniería genética de microbios de cultivo, especialmente Lactococcus lactis y Streptococcus thermophilus, se ha estudiado para realizar análisis y modificaciones genéticas a fin de mejorar la resistencia a los fagos. Esto se ha centrado especialmente en las modificaciones cromosómicas de plásmidos y recombinantes.

Algunas investigaciones se han centrado en el potencial de los bacteriófagos como antimicrobianos contra los patógenos transmitidos por los alimentos y la formación de biopelículas en la industria láctea. Dado que la propagación de la resistencia a los antibióticos es una preocupación principal dentro de la industria láctea, los fagos pueden servir como una alternativa prometedora.

Replicación

Diagrama del proceso de inyección de ADN

El ciclo de vida de los bacteriófagos tiende a ser un ciclo lítico o un ciclo lisogénico. Además, algunos fagos muestran comportamientos pseudolisogénicos.

Con fagos líticos como el fago T4, las células bacterianas se abren (lisan) y se destruyen después de la replicación inmediata del virión. Tan pronto como se destruye la célula, la progenie del fago puede encontrar nuevos huéspedes para infectar. Los fagos líticos son más adecuados para la terapia con fagos. Algunos fagos líticos experimentan un fenómeno conocido como inhibición de la lisis, en el que la progenie completa del fago no se lisará inmediatamente fuera de la célula si las concentraciones de fagos extracelulares son altas. Este mecanismo no es idéntico al del fago moderado que se vuelve inactivo y, por lo general, es temporal.

Por el contrario, el ciclo lisogénico no produce la lisis inmediata de la célula huésped. Los fagos capaces de sufrir lisogenia se conocen como fagos templados. Su genoma viral se integrará con el ADN del huésped y se replicará junto con él, de manera relativamente inofensiva, o incluso puede establecerse como un plásmido. El virus permanece inactivo hasta que las condiciones del huésped se deterioran, quizás debido al agotamiento de los nutrientes, luego, los fagos endógenos (conocidos como profagos) se vuelven activos. En este punto inician el ciclo reproductivo, lo que resulta en la lisis de la célula huésped. Como el ciclo lisogénico permite que la célula huésped continúe sobreviviendo y reproduciéndose, el virus se replica en todos los descendientes de la célula. Un ejemplo de un bacteriófago conocido por seguir el ciclo lisogénico y el ciclo lítico es el fago lambda de E. coli.

A veces, los profagos pueden brindar beneficios a la bacteria huésped mientras están inactivos al agregar nuevas funciones al genoma bacteriano, en un fenómeno llamado conversión lisogénica. Algunos ejemplos son la conversión de cepas inofensivas de Corynebacterium diphtheriae o Vibrio cholerae por bacteriófagos, en cepas altamente virulentas que causan difteria o cólera, respectivamente. Se han propuesto estrategias para combatir ciertas infecciones bacterianas dirigiéndose a estos profagos que codifican toxinas.

Adhesión y penetración

En este micrografo de bacteriófagos unidos a una célula bacteriana, los virus son el tamaño y la forma de colifago T1

Las células bacterianas están protegidas por una pared celular de polisacáridos, que son importantes factores de virulencia que protegen a las células bacterianas contra las defensas inmunitarias del huésped y los antibióticos. Para ingresar a una célula huésped, los bacteriófagos se unen a receptores específicos en la superficie de las bacterias, incluidos lipopolisacáridos, ácidos teicoicos, proteínas o incluso flagelos. Esta especificidad significa que un bacteriófago puede infectar solo ciertas bacterias que tienen receptores a los que pueden unirse, lo que a su vez determina el rango de huéspedes del fago. Las enzimas degradadoras de polisacáridos son proteínas asociadas a viriones que degradan enzimáticamente la capa externa capsular de sus huéspedes en el paso inicial de un proceso de infección por fagos estrechamente programado. Las condiciones de crecimiento del huésped también influyen en la capacidad del fago para adherirse e invadirlas. Como los viriones del fago no se mueven de forma independiente, deben depender de encuentros aleatorios con los receptores correctos cuando están en solución, como la sangre, la circulación linfática, el riego, el agua del suelo, etc.

Los bacteriófagos de miovirus utilizan un movimiento similar al de una jeringa hipodérmica para inyectar su material genético en la célula. Después de contactar con el receptor apropiado, las fibras de la cola se flexionan para acercar la placa base a la superficie de la célula. Esto se conoce como unión reversible. Una vez que se une por completo, se inicia la unión irreversible y la cola se contrae, posiblemente con la ayuda del ATP presente en la cola, inyectando material genético a través de la membrana bacteriana. La inyección se logra a través de una especie de movimiento de flexión en el eje yendo hacia un lado, contrayéndose más cerca de la celda y empujando hacia arriba. Los podovirus carecen de una vaina de cola alargada como la de un miovirus, por lo que, en cambio, utilizan sus pequeñas fibras de cola en forma de dientes enzimáticamente para degradar una porción de la membrana celular antes de insertar su material genético.

Síntesis de proteínas y ácidos nucleicos

En cuestión de minutos, los ribosomas bacterianos comienzan a traducir el ARNm viral en proteína. Para los fagos basados en ARN, la replicasa de ARN se sintetiza al principio del proceso. Las proteínas modifican la ARN polimerasa bacteriana para que transcriba preferentemente el ARNm viral. La síntesis normal de proteínas y ácidos nucleicos del huésped se interrumpe y, en su lugar, se ve obligado a fabricar productos virales. Estos productos pasan a formar parte de nuevos viriones dentro de la célula, proteínas auxiliares que contribuyen al ensamblaje de nuevos viriones o proteínas involucradas en la lisis celular. En 1972, Walter Fiers (Universidad de Ghent, Bélgica) fue el primero en establecer la secuencia nucleotídica completa de un gen y en 1976, del genoma viral del bacteriófago MS2. Algunos bacteriófagos de dsDNA codifican proteínas ribosómicas, que se cree que modulan la traducción de proteínas durante la infección por fagos.

Ensamblaje de viriones

En el caso del fago T4, la construcción de nuevas partículas virales implica la asistencia de proteínas auxiliares que actúan catalíticamente durante la morfogénesis del fago. Las placas base se ensamblan primero, y luego se construyen las colas sobre ellas. Las cápsides de la cabeza, construidas por separado, se ensamblarán espontáneamente con las colas. Durante el ensamblaje del virión del fago T4, las proteínas morfogenéticas codificadas por los genes del fago interactúan entre sí en una secuencia característica. Mantener un equilibrio apropiado en las cantidades de cada una de estas proteínas producidas durante la infección viral parece ser crítico para la morfogénesis normal del fago T4. El ADN se empaqueta eficientemente dentro de las cabezas. Todo el proceso dura unos 15 minutos.

Liberación de viriones

Los fagos pueden liberarse por lisis celular, por extrusión o, en algunos casos, por gemación. La lisis, por fagos con cola, se logra mediante una enzima llamada endolisina, que ataca y descompone el peptidoglicano de la pared celular. Un tipo de fago completamente diferente, el fago filamentoso, hace que la célula huésped secrete continuamente nuevas partículas de virus. Los viriones liberados se describen como libres y, a menos que sean defectuosos, son capaces de infectar una nueva bacteria. La gemación está asociada con ciertos fagos de Mycoplasma. A diferencia de la liberación de viriones, los fagos que muestran un ciclo lisogénico no matan al huésped y, en cambio, se convierten en residentes a largo plazo como profagos.

Comunicación

La investigación en 2017 reveló que el bacteriófago Φ3T produce una proteína viral corta que indica a otros bacteriófagos que permanezcan inactivos en lugar de matar a la bacteria huésped. Arbitrium es el nombre que le dieron a esta proteína los investigadores que la descubrieron.

Estructura del genoma

Dados los millones de fagos diferentes en el medio ambiente, los genomas de fagos vienen en una variedad de formas y tamaños. Los fagos de ARN como MS2 tienen los genomas más pequeños, con solo unas pocas kilobases. Sin embargo, algunos fagos de ADN como T4 pueden tener genomas grandes con cientos de genes; el tamaño y la forma de la cápside varían junto con el tamaño del genoma. Los genomas de bacteriófagos más grandes alcanzan un tamaño de 735 kb.

Vista esquemática del genoma de 44 kb T7. Cada caja es un gen. Los números indican genes (o marcos de lectura abiertos). Los genes "principalmente", "middle" (replicación de ADN), y "late" (estructura del virus), representan aproximadamente el curso del tiempo de expresión del gen.

Los genomas de bacteriófagos pueden ser muy mosaicos, es decir, el genoma de muchas especies de fagos parece estar compuesto por numerosos módulos individuales. Estos módulos se pueden encontrar en otras especies de fagos en diferentes arreglos. Los micobacteriófagos, bacteriófagos con huéspedes micobacterianos, han proporcionado excelentes ejemplos de este mosaicismo. En estos micobacteriófagos, la variedad genética puede ser el resultado de instancias repetidas de recombinación específica del sitio y recombinación ilegítima (el resultado de la adquisición del genoma del fago de las secuencias genéticas del huésped bacteriano). Los mecanismos evolutivos que dan forma a los genomas de los virus bacterianos varían entre diferentes familias y dependen del tipo de ácido nucleico, las características de la estructura del virión, así como del modo del ciclo de vida viral.

Algunos fagos de roseobacter marina contienen desoxiuridina (dU) en lugar de desoxitimidina (dT) en su ADN genómico. Hay algunas pruebas de que este componente inusual es un mecanismo para evadir los mecanismos de defensa bacterianos, como las endonucleasas de restricción y los sistemas CRISPR/Cas, que evolucionaron para reconocer y escindir secuencias dentro de los fagos invasores, inactivándolos así. Se sabe desde hace mucho tiempo que otros fagos usan nucleótidos inusuales. En 1963, Takahashi y Marmur identificaron un fago Bacillus que tiene dU en sustitución de dT en su genoma, y en 1977, Kirnos et al. identificó un cianófago que contenía 2-aminoadenina (Z) en lugar de adenina (A).

Biología de sistemas

El campo de la biología de sistemas investiga las complejas redes de interacciones dentro de un organismo, generalmente utilizando herramientas computacionales y modelos. Por ejemplo, un genoma de fago que ingresa a una célula huésped bacteriana puede expresar cientos de proteínas de fago que afectarán la expresión de numerosos genes del huésped o el metabolismo del huésped. Todas estas interacciones complejas se pueden describir y simular en modelos informáticos.

Por ejemplo, la infección de Pseudomonas aeruginosa por el fago templado PaP3 cambió la expresión del 38 % (2160/5633) de los genes de su huésped. Muchos de estos efectos son probablemente indirectos, por lo que el desafío es identificar las interacciones directas entre bacterias y fagos.

Se han realizado varios intentos para mapear las interacciones proteína-proteína entre el fago y su huésped. Por ejemplo, se descubrió que el bacteriófago lambda interactúa con su huésped, E. coli, mediante docenas de interacciones. Una vez más, la importancia de muchas de estas interacciones sigue sin estar clara, pero estos estudios sugieren que lo más probable es que haya varias interacciones clave y muchas interacciones indirectas cuyo papel sigue sin caracterizarse.

Resistencia del huésped

Los bacteriófagos son una gran amenaza para las bacterias y los procariotas han desarrollado numerosos mecanismos para bloquear la infección o bloquear la replicación de los bacteriófagos dentro de las células huésped. El sistema CRISPR es uno de esos mecanismos, al igual que los retrones y el sistema de antitoxinas codificado por ellos. Se sabe que el sistema de defensa de Thoeris implementa una estrategia única para la resistencia antifago bacteriana a través de la degradación de NAD+.

Simbiosis bacteriófago-huésped

Los fagos templados son bacteriófagos que integran su material genético en el huésped como episomas extracromosómicos o como profago durante un ciclo lisogénico. Algunos fagos templados pueden conferir ventajas de aptitud a su huésped de numerosas maneras, incluida la resistencia a los antibióticos a través de la transferencia o introducción de genes de resistencia a los antibióticos (ARG), la protección de los huéspedes contra la fagocitosis, la protección de los huéspedes contra la infección secundaria a través de la exclusión de superinfección, la mejora de la patogenicidad del huésped o mejorar el metabolismo o el crecimiento bacteriano. La simbiosis bacteriófago-huésped puede beneficiar a las bacterias al proporcionar ventajas selectivas mientras replica pasivamente el genoma del fago.

En el medio ambiente

La metagenómica ha permitido la detección de bacteriófagos en el agua que antes no era posible.

Además, los bacteriófagos se han utilizado en el rastreo y modelado hidrológico en sistemas fluviales, especialmente donde ocurren interacciones de agua superficial y subterránea. Se prefiere el uso de fagos al marcador de colorante más convencional porque se absorben significativamente menos cuando pasan a través de las aguas subterráneas y se detectan fácilmente en concentraciones muy bajas. El agua no contaminada puede contener aproximadamente 2×10⁸ bacteriófagos por ml.

Se cree que los bacteriófagos contribuyen en gran medida a la transferencia horizontal de genes en entornos naturales, principalmente a través de la transducción, pero también a través de la transformación. Los estudios basados en la metagenómica también han revelado que los viromas de una variedad de entornos albergan genes de resistencia a los antibióticos, incluidos aquellos que podrían conferir resistencia a múltiples fármacos.

En humanos

Aunque los fagos no infectan a los humanos, existen innumerables partículas de fagos en el cuerpo humano, dado nuestro extenso microbioma. Nuestra población de fagos se ha denominado fageoma humano, incluido el "fageoma del intestino sano" (HGP) y el "fageoma humano enfermo" (DHP). Se ha estimado que el fageoma activo de un ser humano sano (es decir, que se replica activamente en lugar de un profago integrado que no se replica) comprende de docenas a miles de virus diferentes. Existe evidencia de que los bacteriófagos y las bacterias interactúan en el microbioma intestinal humano tanto de manera antagónica como beneficiosa.

Estudios preliminares han indicado que los bacteriófagos comunes se encuentran en promedio en el 62 % de los individuos sanos, mientras que su prevalencia se redujo en un 42 % y un 54 % en promedio en pacientes con colitis ulcerosa (CU) y enfermedad de Crohn (CD). La abundancia de fagos también puede disminuir en los ancianos.

Los fagos más comunes en el intestino humano, que se encuentran en todo el mundo, son crAssphages. CrAssphages se transmiten de madre a hijo poco después del nacimiento, y hay alguna evidencia que sugiere que pueden transmitirse localmente. Cada persona desarrolla sus propios grupos crAssphage únicos. Los fagos similares a CrAss también pueden estar presentes en primates además de humanos.

Bacteriófago comúnmente estudiado

Entre los innumerables fagos, solo unos pocos se han estudiado en detalle, incluidos algunos fagos históricamente importantes que se descubrieron en los primeros días de la genética microbiana. Estos, especialmente el fago T, ayudaron a descubrir principios importantes de la estructura y función de los genes.