Bacteriófagos (fagos) são vírus que infectam especificamente bactérias. São as entidades biológicas mais abundantes na Terra, com estimativa de 10³¹ partículas. Os fagos desempenham papéis críticos na ecologia bacteriana, evolução e têm aplicações em medicina e biotecnologia.
Estrutura e Classificação dos Fagos
Os fagos consistem em ácido nucleico (DNA ou RNA, fita simples ou dupla) envolvido em um capsídeo proteico, e muitos têm 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, ex.: T4), Siphoviridae (caudas não contráteis longas, ex.: lambda) e Podoviridae (caudas curtas, ex.: T7). Fagos filamentosos (Inoviridae, ex.: M13) são longos e finos, não lisam seu hospedeiro e são extrudados da célula sem matá-la.
Ciclo Lítico
O ciclo lítico começa com a adsorção, onde fibras da cauda ou proteínas de ligação ao receptor do fago reconhecem estruturas específicas da superfície bacteriana (LPS, porinas, pilus, flagelos). A injeção do genoma segue quando o fago penetra no envelope celular e injeta seu ácido nucleico no citoplasma, com capsídeos vazios permanecendo ligados externamente. Durante a replicação e montagem, o fago sequestra a maquinaria do hospedeiro para replicação, transcrição e tradução; proteínas estruturais automontam-se em procapsídeos, e o DNA genômico é empacotado por enzimas terminases. Finalmente, a lise ocorre quando holinas criam poros na membrana interna, permitindo que endolisinas degradem o peptidoglicano, causando lise osmótica e liberação de virions filhos (tipicamente 50-200 por célula).
Ciclo Lisogênico
Fagos temperados (ex.: lambda, P1) podem integrar seu genoma no cromossomo bacteriano como um prófago ou replicar como plasmídeo. O prófago é replicado passivamente com o genoma do hospedeiro, e a lisogenia é mantida por proteínas repressoras (ex.: lambda CI) que bloqueiam a expressão gênica lítica. A indução ocorre quando danos ao DNA (via resposta SOS) desencadeiam a autoclivagem mediada por RecA do repressor, mudando para o ciclo lítico. A conversão lisogênica ocorre quando prófagos carregam genes que alteram o fenótipo bacteriano (toxinas, fatores de virulência), como toxina Shiga codificada por fago em E. coli O157:H7, toxina colérica em Vibrio cholerae e toxina diftérica em Corynebacterium diphtheriae.
Fagoterapia
A fagoterapia usa fagos líticos para tratar infecções bacterianas. Vantagens incluem especificidade (não prejudica a microbiota comensal), autoamplificação nos sítios de infecção e atividade contra patógenos multirresistentes. Desafios incluem espectro de hospedeiro estreito, resistência bacteriana a fagos, farmacocinética (depuração imune) e obstáculos regulatórios. Aplicações bem-sucedidas incluem tratamento de infecções por P. aeruginosa em pacientes com fibrose cística, infecções de próteses articulares por S. aureus e coquetéis de fagos personalizados para uso compassivo.
Aplicações Biotecnológicas
O display de fagos usa fagos filamentosos (M13) para exibir peptídeos estranhos fundidos a proteínas do capsídeo, permitindo triagem de bibliotecas de anticorpos e evolução de proteínas. A fagotipagem usa painéis específicos de fagos para identificar cepas bacterianas com base em padrões de suscetibilidade, empregada em vigilância epidemiológica. Ferramentas diagnósticas incluem fagos repórteres projetados para expressar luciferase ou proteínas fluorescentes, permitindo detecção e identificação rápida de bactérias.
