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

Estructura y Clasificación de Fagos

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

Ciclo Lítico

1. Adsorción: Las fibras de la cola del fago o proteínas de reconocimiento de receptor se unen a estructuras superficiales bacterianas específicas (LPS, porinas, pili, flagelos).
2. Inyección del genoma: El fago penetra la envoltura celular e inyecta su ácido nucleico en el citoplasma. Las cápsides vacías permanecen unidas externamente.
3. Replicación y ensamblaje: El fago secuestra la maquinaria del huésped para replicación, transcripción y traducción. Las proteínas estructurales se autoensamblan en procápsides, y el ADN genómico es empaquetado por enzimas terminasa.
4. Lisis: Las holinas crean poros en la membrana interna, permitiendo que las endolisinas degraden el peptidoglicano, causando lisis osmótica y liberación de viriones progenie (típicamente 50-200 por célula).

Ciclo Lisogénico

1. Los fagos temperados (lambda, P1) pueden integrar su genoma en el cromosoma bacteriano como profago o replicarse como plásmido.
2. El profago se replica pasivamente con el genoma del huésped. La lisogenia se mantiene mediante proteínas represoras (CI de lambda) que bloquean la expresión de genes líticos.
3. Inducción: El daño al ADN (mediante respuesta SOS) desencadena la autoclivación del represor mediada por RecA, cambiando al ciclo lítico.
4. Conversión lisogénica: Los profagos pueden portar genes que alteran el fenotipo bacteriano (toxinas, factores de virulencia), como la toxina Shiga codificada por fago en E. coli O157:H7, la toxina colérica en Vibrio cholerae y la toxina diftérica en Corynebacterium diphtheriae.

Terapia con Fagos

1. La terapia con fagos utiliza fagos líticos para tratar infecciones bacterianas. Las ventajas incluyen especificidad (no daña la microbiota comensal), autoamplificación en sitios de infección y actividad contra patógenos multirresistentes.
2. Los desafíos incluyen rango de huésped estrecho, resistencia bacteriana a fagos, farmacocinética (eliminación inmunitaria) y obstáculos regulatorios.
3. Las aplicaciones exitosas incluyen 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

1. Visualización en fagos (phage display): Los fagos filamentosos (M13) muestran péptidos extraños fusionados a proteínas de la cápside, permitiendo el cribado de bibliotecas de anticuerpos y evolución de proteínas.
2. Fagotipificación: Paneles de fagos específicos identifican cepas bacterianas según patrones de susceptibilidad, utilizados en vigilancia epidemiológica.
3. Herramientas de diagnóstico: Fagos reporteros modificados para expresar luciferasa o proteínas fluorescentes permiten la detección e identificación rápida de bacterias.