Los bacteriófagos (virus que infectan bacterias) están atrayendo una atención renovada como un arma potencial contra las infecciones resistentes a los antibióticos. Pero estas pequeñas entidades, cruciales para combatir las bacterias en campos que van desde la medicina hasta la agricultura, son notoriamente complejas. Sus intrincadas estructuras y hábitos de crecimiento han obstaculizado el progreso científico hasta ahora. Un nuevo estudio publicado en Science Advances por investigadores del Instituto de Ciencia y Tecnología de Okinawa (OIST) y la Universidad de Otago proporciona un nivel innovador de detalle sobre uno de esos fagos, Bas63, abriendo puertas al diseño racional y marcando el comienzo de una nueva era de terapias y aplicaciones basadas en fagos.
El desafío de estudiar los bacteriófagos
Los bacteriófagos son increíblemente abundantes en la Tierra y fueron descubiertos por primera vez hace más de un siglo. Los primeros pioneros vieron su potencial como asesinos bacterianos naturales, pero el auge de los antibióticos eclipsó esta vía prometedora. Ahora que la resistencia a los antibióticos se está convirtiendo en una crisis de salud mundial, ha aumentado el interés por los fagos. Sin embargo, el diseño de terapias con fagos eficaces enfrenta importantes obstáculos.
Comprender la estructura y función de estos virus a nivel molecular es crucial para manipularlos de forma eficaz. Los bacteriófagos son complejos, a menudo con estructuras diversas y formas únicas de interactuar con sus huéspedes bacterianos. Esta complejidad dificulta su estudio exhaustivo, lo que dificulta el desarrollo de tratamientos dirigidos basados en fagos.
Un fago como ningún otro: Bas63 ocupa un lugar central
Para abordar este desafío, el equipo de investigación se centró en Bas63, un bacteriófago seleccionado de la colección de BASILEA, un depósito que alberga datos genéticos y fenotípicos de más de 100 fagos que se sabe que infectan E. coli. Bas63 destacó por su estructura inusualmente intrincada, visible incluso mediante microscopía básica. Esta arquitectura única lo convirtió en un candidato ideal para un análisis estructural en profundidad utilizando tecnología de punta.
Cryo-EM: Una ventana al mundo microscópico
Los investigadores emplearon microscopía crioelectrónica (crio-EM), una poderosa técnica que permite a los científicos visualizar moléculas con detalles casi atómicos congelándolas instantáneamente y capturando sus imágenes con un haz de electrones. Utilizaron una novedosa técnica de “panorámica” dentro de crio-EM, esencialmente reduciendo la estructura del fago paso a paso mientras refinan la reconstrucción en cada etapa.
La combinación de esta información estructural de alta resolución con datos genéticos (secuencias de aminoácidos) les dio una visión sin precedentes de la arquitectura de Bas63. Esto les permitió identificar y mapear cada proteína importante con notable detalle. Los resultados revelaron características fascinantes, como proteínas únicas que decoran la cápside del fago (la cubierta proteica que encierra su material genético) y una rara estructura de bigotes y collar que une la cabeza con la cola, elementos que no se ven comúnmente en otros fagos de este tipo.
Más allá de la medicina: ¿un fago para cada propósito?
El mapa detallado de Bas63 abre posibilidades interesantes más allá del tratamiento de infecciones bacterianas. La identificación de regiones específicas dentro del fago que se unen a las bacterias podría permitir a los científicos diseñar fagos con mayor precisión de orientación, asegurando que ataquen solo a las bacterias dañinas y dejando ilesas a las beneficiosas.
Además, los investigadores destacan que las aplicaciones van mucho más allá de la medicina:
- Agricultura: Controlar los patógenos de las plantas y aumentar el rendimiento de los cultivos.
- Acuicultura: Lucha contra las enfermedades bacterianas en peces y mariscos de cultivo
- Biotecnología: Utilización de fagos para biorremediación (limpieza de la contaminación) o procesos industriales como la producción de alimentos y el tratamiento de aguas residuales.
Un plan para el futuro
El profesor Matthias Wolf, líder de la Unidad de Microscopía Crioelectrónica Molecular de la OIST, enfatiza las implicaciones más amplias: “Al proporcionar este nivel de conocimiento estructural y comprensión biológica, podemos permitir el diseño racional de fagos y transformar la forma en que se tratan las enfermedades”.
El modelo detallado de Bas63 proporciona una poderosa herramienta para que los investigadores adapten los fagos a necesidades específicas, marcando el comienzo de una era de terapias con fagos personalizados y aplicaciones innovadoras en diversas industrias. Los hallazgos muestran el potencial transformador de un análisis estructural meticuloso, allanando el camino para desbloquear el arsenal microscópico de la naturaleza en beneficio de la humanidad y más allá.
