¿Cuánto sabes de los Bacteriófagos?

Los virus son las entidades biológicas más abundantes y genéticamente diversas en la tierra con un tamaño de población estimado de 10³¹ partículas virales (Hara et al., 1991; Suttle, 2007). El estudio de los virus se ha centrado especialmente de los bacteriófagos, cuya abundancia oscilando entre 10⁷ y 10⁹ partículas virales por gramo de suelo, superando la diversidad de bacterias de 5 a 1.000 veces más en este ambiente (Curtis et al., 2002; Kimura et al., 2008; Williamson et al., 2013).

El primer reporte de la existencia de los fagos se dio en 1896 por el químico inglés Ernest Hanbury Hanking, quien reporto una acción bactericida termolábil y filtrable capaz de matar Vibrio cholerae en las aguas de los ríos Ganges y Jumna en la India (Hankin, 1896). En 1915 el bacteriólogo británico Frederick William Twort describió la presencia de un agente etiológico que infectaba y mataba bacterias; sin embargo, descarto la posibilidad de que se tratase de un virus (Twort, 1915). Posteriormente, en 1917 el microbiólogo francocanadiense Felix Hubert d’Hérelle descubrió un tipo de microbio invisible, presente en los filtrados libres de bacterias de muestras de heces de pacientes con disentería, posiblemente un virus exclusivo de bacterias, aunque no era específico de este microorganismo. d’Hérelle propuso el término de bacteriófago, formado a partir de “bacterias” y “phagein” (proveniente del griego comer o devorar), asimismo introdujo el concepto de terapia con fagos en el tratamiento de enfermedades bacterianas o fagoterapia (d’Herelle, 1917; Summers, 2001).

En comparación con la clasificación de organismos biológicos, la clasificación viral ha contado con grandes desafíos, ya que en su gran mayoría los virus son de origen polifiléticos; es decir, que surgieron varias veces de forma independiente, por lo cual se ha basado en su morfología y “estilo de vida” (Ackermann, 2006; Koonin et al., 2006). La morfología de los bacteriófagos es altamente variable debido a sus formas, tamaños y estructuras. Su tamaño oscila entre 20 y 200 nm con genomas que varían en longitud de ~ 4 pares-bases (pb) hasta >200 kilo pares-bases (kb) (Hussain et al., 2021; Sulcius et al., 2011).

Comúnmente los fagos pueden establecer infecciones líticas y lisogénicas (Howard-Varona et al., 2017). Las infecciones líticas dan como resultado la destrucción rápida de las células huésped. A su vez esta progenie viral extracelular debe sobrevivir el tiempo suficiente para propagar nuevamente la infección con éxito, por ende, la infección lítica predomina cuando la abundancia de huéspedes es alta (Weinbauer, 2004; Williamson, 2011). Por otra parte, la replicación lisogénica implica el silenciamiento de la expresión génica lítica e integración estable del genoma del fago en el cromosoma bacteriano, permitiendo que los virus sobrevivan en un estado inactivo dentro de la célula durante condiciones fisiológicas subóptimas del huésped, especialmente cuando la abundancia de células huésped es baja (Ghosh et al., 2009; Howard-Varona et al., 2017; Thingstad, 2000).

La decisión de lisis-lisogenia de los bacteriófagos depende del metabolismo del hospedador, la dinámica poblacional y la diseminación de fagos (Diaz-Munoz et al., 2017; Williamson, 2011).

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Referencia:
Ackermann, H.-W. (2006). Classification of bacteriophages. In The Bacteriophages; Calendar, R., Ed.; Oxford University Press: New York, NY, USA; pp. 8–17.
Curtis, T. P., Sloan, W. T., & Scannell, J. W. (2002). Estimating prokaryotic diversity and its limits. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 99(16), 10494-10499. https://doi.org/10.1073/pnas.142680199
d’Herelle, F. (1917). An invisible antagonist microbe of dysentery bacillus [Letter]. Comptes Rendus Hebdomadaires Des Seances De L Academie Des Sciences, 165, 373-375.
Diaz-Munoz, S. L., Sanjuan, R., & West, S. (2017). Sociovirology: Conflict, Cooperation, and Communication among Viruses. Cell Host & Microbe, 22(4), 437-441. https://doi.org/10.1016/j.chom.2017.09.012
Hankin, E. H. (1896). L’action bactericide des eaux de la Jumna et du Gange sur le vibrion du cholera. Ann Inst Pasteur, 10(11).
Ghosh, D., Roy, K., Williamson, K. E., Srinivasiah, S., Wommack, K. E., & Radosevich, M. (2009). Acyl-Homoserine Lactones Can Induce Virus Production in Lysogenic Bacteria: an Alternative Paradigm for Prophage Induction. Applied and Environmental Microbiology, 75(22), 7142-7152. https://doi.org/10.1128/aem.00950-09
Hara, S., Terauchi, K., & Koike, I. (1991). Abundance of viruses in marine waters: Assessment by epifluorescence and transmission electron microscopy. Applied and Environmental Microbiology, 57(9). https://doi.org/10.1128/aem.57.9.2731-2734.1991
Howard-Varona, C., Hargreaves, K. R., Abedon, S. T., & Sullivan, M. B. (2017). Lysogeny in nature: mechanisms, impact and ecology of temperate phages. Isme Journal, 11(7), 1511-1520. https://doi.org/10.1038/ismej.2017.16
Hussain, W., Ullah, M. W., Farooq, U., Aziz, A., & Wang, S. (2021). Bacteriophage-based advanced bacterial detection: Concept, mechanisms, and applications. In Biosensors and Bioelectronics (Vol. 177). https://doi.org/10.1016/j.bios.2021.112973
Kimura, M., Jia, Z. J., Nakayama, N., & Asakawa, S. (2008). Ecology of viruses in soils: Past, present and future perspectives. Soil Science and Plant Nutrition, 54(1), 1-32. https://doi.org/10.1111/j.1747-0765.2007.00197.x
Koonin, E. V., Senkevich, T. G., & Dolja, V. V. (2006). The ancient Virus World and evolution of cells . Biology Direct, 1, 27, Article 29. https://doi.org/10.1186/1745-6150-1-29
Sulcius, S., Staniulis, J., & Paskauskas, R. (2011). Morphology and distribution of phage- like particles in a eutrophic boreal lagoon. Oceanologia, 53(2), 587-603. https://doi.org/10.5697/oc.53-2.587
Summers, W. C. (2001). Bacteriophage therapy. Annual Review of Microbiology, 55, 437- 451. https://doi.org/10.1146/annurev.micro.55.1.437
Suttle, C. A. (2007). Marine viruses – Major players in the global ecosystem. Nature Reviews Microbiology, 5(10). https://doi.org/10.1038/nrmicro1750
Thingstad, T. F. (2000). Elements of a theory for the mechanisms controlling abundance, diversity, and biogeochemical role of lytic bacterial viruses in aquatic systems [Article]. Limnology and Oceanography, 45(6), 1320-1328. https://doi.org/10.4319/lo.2000.45.6.1320
Twort, F. W. (1915). An investigation on the nature of ultra-microscopic viruses. Lancet, 2, 1241-1243. https://doi.org/10.1016/s0140-6736(01)20383-3
Williamson, K. E. (2011). Soil Phage Ecology: Abundance, Distribution, and Interactions with Bacterial Hosts. Biocommunication in Soil Microorganisms, 23, 113-136. https://doi.org/10.1007/978-3-642-14512-4_4
Williamson, K. E., Corzo, K. A., Drissi, C. L., Buckingham, J. M., Thompson, C. P., & Helton, R. R. (2013). Estimates of viral abundance in soils are strongly influenced by extraction and enumeration methods. Biology and Fertility of Soils, 49(7), 857-869. https://doi.org/10.1007/s00374-013-0780-z