Los bacteriófagos (fagos) son virus que infectan específicamente a las bacterias. Son las entidades biológicas más abundantes de la Tierra, con un estimado de 10^31 partículas. Los fagos desempeñan funciones fundamentales en la ecología y la evolución bacteriana y tienen aplicaciones en medicina y biotecnología.

Estructura y clasificación de fagos

Los fagos consisten en ácido nucleico (ADN o ARN, monocatenario o bicatenario) encerrado en una cápside proteica, y muchos tienen una estructura de cola para el reconocimiento del huésped y la inyección del genoma. El grupo más estudiado es el de los Caudovirales (fagos con cola), incluidos Myoviridae (colas contráctiles largas, por ejemplo, T4), Siphoviridae (colas largas no contráctiles, por ejemplo, lambda) y Podoviridae (colas cortas, por ejemplo, T7). Los fagos filamentosos (Inoviridae, por ejemplo, M13) son largos y delgados, no lisan a su huésped y son expulsados de la célula sin matarla.

Ciclo lítico

El ciclo lítico comienza con la adsorción, donde las fibras de la cola del fago o las proteínas de unión al receptor reconocen estructuras superficiales bacterianas específicas (LPS, porinas, pili, flagelos). La inyección del genoma sigue cuando el fago penetra la envoltura celular e inyecta su ácido nucleico en el citoplasma, dejando las cápsides vacías adheridas externamente. Durante la replicación y el ensamblaje, el fago secuestra la maquinaria del huésped para la replicación, transcripción y traducción; las proteínas estructurales se autoensamblan en procápsides y el ADN genómico se empaqueta mediante enzimas terminasas. Finalmente, la lisis ocurre cuando las holinas crean poros en la membrana interna, lo que permite que las endolisinas degraden el peptidoglicano, provocando lisis osmótica y liberación de viriones descendientes (típicamente 50-200 por célula).

Ciclo lisogénico

Los fagos templados (p. ej., lambda, P1) pueden integrar su genoma en el cromosoma bacteriano como profago o replicarse como plásmido. El profago se replica pasivamente con el genoma del huésped y la lisogenia se mantiene mediante proteínas represoras (p. ej., lambda CI) que bloquean la expresión del gen lítico. La inducción ocurre cuando el daño del ADN (a través de la respuesta SOS) desencadena la autoescisión del represor mediada por RecA, cambiando al ciclo lítico. La conversión lisogénica ocurre cuando los profagos portan genes que alteran el fenotipo bacteriano (toxinas, factores de virulencia), como la toxina Shiga codificada por fagos en E. coli O157:H7, la toxina del cólera en Vibrio cholerae y la toxina de la difteria en Corynebacterium diphtheriae.

Terapia con fagos

La terapia con fagos utiliza fagos líticos para tratar infecciones bacterianas. Las ventajas incluyen especificidad (no daña la microbiota comensal), autoamplificación en los sitios de infección y actividad contra patógenos resistentes a múltiples fármacos. Los desafíos incluyen un rango limitado de huéspedes, resistencia bacteriana a los fagos, farmacocinética (aclaramiento inmunológico) y obstáculos regulatorios. Las aplicaciones exitosas incluyen el tratamiento de infecciones por P. aeruginosa en pacientes con fibrosis quística, infecciones de prótesis articulares por S. aureus y cócteles de fagos personalizados para uso compasivo.

Aplicaciones biotecnológicas

La presentación en fagos utiliza fagos filamentosos (M13) para mostrar péptidos extraños fusionados para recubrir proteínas, lo que permite la detección de bibliotecas de anticuerpos y la evolución de proteínas. La tipificación por fagos utiliza paneles de fagos específicos para identificar cepas bacterianas según patrones de susceptibilidad, empleados en vigilancia epidemiológica. Las herramientas de diagnóstico incluyen fagos indicadores diseñados para expresar luciferasa o proteínas fluorescentes, lo que permite una rápida detección e identificación bacteriana.