Bacteriófagos (fagos) são vírus que infectam especificamente bactérias. São as entidades biológicas mais abundantes na Terra, com cerca de 10^31 partículas. Os fagos desempenham papéis críticos na ecologia e evolução bacteriana e têm aplicações na medicina e na biotecnologia.

Estrutura e classificação dos fagos

Os fagos consistem em ácido nucleico (DNA ou RNA, de fita simples ou dupla) encerrado em um capsídeo proteico, e muitos possuem uma estrutura de cauda para reconhecimento do hospedeiro e injeção do genoma. O grupo mais estudado é o Caudovirales (fagos com cauda), incluindo Myoviridae (caudas contráteis longas, por exemplo, T4), Siphoviridae (caudas longas não contráteis, por exemplo, lambda) e Podoviridae (caudas curtas, por exemplo, T7). Os fagos filamentosos (Inoviridae, por exemplo, M13) são longos e finos, não lisam o hospedeiro e são expulsos da célula sem matá-lo.

Ciclo Lítico

O ciclo lítico começa com a adsorção, onde as fibras da cauda do fago ou proteínas de ligação ao receptor reconhecem estruturas específicas da superfície bacteriana (LPS, porinas, pili, flagelos). A injeção do genoma ocorre quando o fago penetra no envelope celular e injeta seu ácido nucleico no citoplasma, com os capsídeos vazios permanecendo ligados externamente. Durante a replicação e montagem, o fago sequestra o maquinário hospedeiro para replicação, transcrição e tradução; proteínas estruturais se automontam em procapsídeos e o DNA genômico é empacotado por enzimas terminase. Finalmente, a lise ocorre quando as holinas criam poros na membrana interna, permitindo que as endolisinas degradem o peptidoglicano, causando lise osmótica e liberação de vírions descendentes (normalmente 50-200 por célula).

Ciclo lisogênico

Os fagos temperados (por exemplo, lambda, P1) podem integrar seu genoma no cromossomo bacteriano como um profago ou replicar-se como um plasmídeo. O profago é replicado passivamente com o genoma do hospedeiro, e a lisogenia é mantida por proteínas repressoras (por exemplo, lambda CI) que bloqueiam a expressão do gene lítico. A indução ocorre quando o dano ao DNA (via resposta SOS) desencadeia a autoclivagem do repressor mediada por RecA, mudando para o ciclo lítico. A conversão lisogênica ocorre quando os profagos carregam genes que alteram o fenótipo bacteriano (toxinas, fatores de virulência), como a toxina Shiga codificada pelo fago em E. coli O157: H7, a toxina da cólera em Vibrio cholerae e a toxina diftérica em Corynebacterium diphtheriae.

Terapia Fágica

A terapia fágica usa fagos líticos para tratar infecções bacterianas. As vantagens incluem especificidade (não prejudica a microbiota comensal), autoamplificação em locais de infecção e atividade contra patógenos multirresistentes. Os desafios incluem uma gama estreita de hospedeiros, resistência bacteriana a fagos, farmacocinética (depuração imunológica) e obstáculos regulatórios. Aplicações bem-sucedidas incluem o tratamento de infecções por P. aeruginosa em pacientes com fibrose cística, infecções articulares protéticas por S. aureus e coquetéis de fagos personalizados para uso compassivo.

Aplicações Biotecnológicas

A exibição de fagos usa fagos filamentosos (M13) para exibir peptídeos estranhos fundidos a proteínas de revestimento, permitindo a triagem de bibliotecas de anticorpos e a evolução de proteínas. A fagotipagem utiliza painéis fago específicos para identificar cepas bacterianas com base em padrões de suscetibilidade, empregados na vigilância epidemiológica. As ferramentas de diagnóstico incluem fagos repórteres projetados para expressar luciferase ou proteínas fluorescentes, permitindo rápida detecção e identificação bacteriana.