Un estudio realizado por el Instituto de Biología Integrativa de Sistemas (I2SysBio), una institución del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) y la Universitat de Valencia (UV), ha revelado cómo ciertos virus conocidos como fagos, que se especializan en infectar bacterias, modifican algunas de sus proteínas y comparten segmentos de su material genético para superar la cápsula protectora que rodea a muchas bacterias. Este descubrimiento podría llevar a la creación de terapias con fagos que sean más efectivas contra infecciones causadas por bacterias resistentes a los antibióticos.
La investigación, liderada por Celia Ferriol-González y Pilar Domingo-Calap, ha descubierto el mecanismo evolutivo que permite a los fagos infectar bacterias que han desarrollado resistencia a múltiples antibióticos. Los resultados de este estudio, publicados en ‘PLOS Biology’, abren nuevas posibilidades para desarrollar terapias más eficaces frente a estas bacterias multirresistentes, cuya presencia está en aumento. Los fagos, también llamados bacteriófagos, son capaces de infectar y destruir bacterias y se consideran una herramienta prometedora para combatir las bacterias resistentes a los antibióticos.
El trabajo se centra en la adaptación de los fagos para atacar diversas especies de bacterias del género Klebsiella, responsables de infecciones hospitalarias graves y con alta resistencia a los antibióticos, por lo que están incluidas en la lista de patógenos prioritarios de la Organización Mundial de la Salud (OMS). Estas bacterias poseen una cápsula externa que varía significativamente entre cepas de la misma especie y actúa como barrera contra la entrada de los fagos, además de limitar la eficacia de los antibióticos.
Investigaciones previas del grupo de Virología Ambiental y Biomédica del I2SysBio, dirigido por Pilar Domingo-Calap, mostraron que la mayoría de los fagos que atacan a Klebsiella dependen de la cápsula para infectar a las bacterias, infectando generalmente uno o pocos tipos capsulares.
Diferentes estrategias
Para colonizar a su huésped, algunos fagos deben identificar la cápsula bacteriana. Los fagos especialistas atacan específicamente un tipo de cápsula, mientras que los generalistas son capaces de infectar cepas con diversas cápsulas. Para su invasión, emplean proteínas especializadas, llamadas de unión al receptor, que reconocen los receptores virales en la superficie de las bacterias.
Este estudio ha demostrado que estas proteínas son mucho más flexibles en los fagos generalistas, lo que les permite evolucionar rápidamente y atacar múltiples tipos de cápsulas. Por el contrario, los fagos especialistas tienen proteínas más rígidas, lo que limita su capacidad de adaptación. Además, se ha comprobado que los fagos pueden recombinar partes de su genoma, incluidas proteínas clave, lo que facilita su adaptación a la diversidad de cápsulas bacterianas y permite la infección de nuevas cepas.
“La dificultad del ensayo fue seguir la evolución de distintos fagos en una misma comunidad viral y su adaptación a un entorno complejo con muchas bacterias y tipos de cápsula”, explicó Celia Ferriol-González, coautora del estudio. Este hallazgo abre nuevas vías para terapias basadas en fagos contra infecciones resistentes, un desafío creciente en salud pública.
Tratamientos más eficaces
“Los fagos que infectan Klebsiella son de gran interés por la amenaza que representa esta bacteria en los entornos clínicos. Comprender cómo evolucionan y se adaptan es crucial para desarrollar terapias basadas en fagos que sean más eficaces y personalizadas para cada paciente”, afirmó una investigadora del I2SysBio.
El estudio confirma que la flexibilidad de ciertas proteínas y el intercambio genético entre fagos son mecanismos que podrían aprovecharse en aplicaciones clínicas. “Este estudio es un avance en el diseño de terapias personalizadas basadas en fagos y abre la puerta a utilizar evolución dirigida para optimizar proteínas de interés y ampliar el rango de acción, tal como hemos demostrado”, explicó Pilar Domingo-Calap.
La investigación también destaca que todavía hay mucho por descubrir sobre la interacción entre fagos y bacterias y su impacto en ambientes complejos. “El uso de fagos como terapia está en aumento, pero aún queda mucho por entender. Conocer los mecanismos de interacción fago-bacteria, la evolución y adaptación viral, y cómo estas interacciones afectan el equilibrio y la diversidad de las comunidades microbianas permitirá diseñar tratamientos más eficaces. Desde nuestro grupo avanzamos en este campo, desde la ciencia fundamental hasta la aplicación terapéutica, a través de nuestra spin-off Evolving Therapeutics”, concluyó.
