Los fagos tramposos que se aprovechaban de las bacterias vecinas

Que los fagos puedan ser un poco tramposos no es algo nuevo. Hace ya tiempo que conocemos algunos mecanismos mediante los cuales alteran el comportamiento de sus bacterias hospedadoras. Hoy os traigo un artículo reciente publicado en por Bernard et al. en The ISME Journal titulado Beyond arbitrium: identification of a second communication system in Bacillus phage phi3T that may regulate host defense mechanisms. Pero antes de resumir el contenido del artículo, voy a hablar de algunas características de los bacteriófagos (o fagos) que quizá os resulten desconocidas.

Lisar o no lisar, esa es la cuestión

Cuando estudiamos el ciclo de “vida” de un fago, lo primero que aprendemos es que un fago infecta una bacteria y se aprovecha de ella para generar muchas copias de si mismo. El sistema más habitual para la liberación de nuevos fagos es la lisis, romper la bacteria y soltar al medio cientos de copias del fago. En algunos casos no ocurre así. Existen fagos que pueden ir liberándose de la bacteria sin llegar a matarla.

Si hacemos memoria, recordaremos que también hay una segunda vía. Los fagos se pueden insertar en el genoma de la bacteria y esperar a las condiciones favorables para esa lisis. Esa es la fase lisogénica, y el fago insertado se llama profago. Mientras, aseguran su supervivencia ayudando a la bacteria a vivir mejor. Eso lo llamamos mejora de la fitness, la capacidad para sobrevivir mejor. Uno de los ejemplos más típicos es la generación de toxinas por parte del fago, que permiten a la bacteria infectar de una forma más exitosa.

Para poder detectar si las condiciones son favorables o no, existen numerosos mecanismos que miden la presencia de nutrientes y lo “en forma” que está la bacteria. La bacteria no va de independiente por la vida, así que si esa está bien, existe una probabilidad alta de que al romperla haya otras bacterias en el entorno a las que infectar, porque recordemos que los fagos necesitan siempre otras bacterias para poder seguir reproduciéndose. Pero… ¿cómo estar seguro del entorno? Para eso existen mecanismos como el arbitrium, en el que se liberan pequeños péptidos (miniproteínas) que permiten que las bacterias infectadas se comuniquen: básicamente mandan un mensaje a las vecinas diciendo “estamos preparados” o “abortar lisis, no hay comida suficiente”. Es un mecanismo de quorum sensing, uno de los mecanismos que permiten saber qué pasa fuera a base de liberar esos péptidos que llevan mensajes.

Cuando los fagos son unos tramposos

El artículo recién publicado va un poco más allá. En él los investigadores describen un nuevo sistema llamado Rapφ-Phrφ, por el nombre de las proteínas implicadas. En este caso ya no nos quedamos en detectar qué pasa… lo que se hace es hacer trampas. Se favorece que las bacterias con fagos vivan mejor y por lo tanto, que los fagos se puedan multiplicar mejor. Un win-win… hasta que la bacteria se muere, claro.

El sistema ha sido descrito en el fago phi3T, que infecta a Bacillus. Bacillus es uno de los organismos modelo para estos estudios ya que en él se describió también arbitrium por primera vez, pero es además el infectado por el fago phi29, uno de los más estudiados y que tantas alegrías dio a la ciencia española de la mano de Margarita Salas.

¿Cómo funciona el mecanismo? Con la sinergia de las dos proteínas. Rapφ es un receptor dentro de las bacterias, una proteína de tamaño mediano que detecta pequeños péptidos. Phrφ es una proteína mucho más pequeña, que además se puede cortar en trozos de cinco aminoácidos. Esos fragmentos son los que detecta Rapφ… en otra bacteria. Los fragmentos se liberan al medio, y se detectan con quorum sensing. Las dos proteínas se expresan juntas, y se trasladan de una bacteria a otra en el genoma de los fagos que las infectan.

¿Pero cómo que hacer trampas?

Esta es la parte más interesante. La proteína Rap tiene la capacidad de inhibir algunos mecanismos en la célula, como la generación de biofilms o la producción de agentes antimicrobianos. Son dos mecanismos que la ayudan a protegerse y son indispensables… a no ser que estén rodeadas de muchas bacterias que los tienen. Así, si el entorno ya la protege, puede hacer “trampas” utilizando sus recursos para otras funciones y aprovechándose de la protección del resto. Como no se usan para eso, las bacterias se pueden multiplicar más rápido y aumentar su densidad, que es lo que el fago necesita para poder infectar otras bacterias.

Así, si juntamos este nuevo mecanismo con arbitrium, tenemos varios posibles escenarios:

• Si la densidad de bacterias es muy baja, los fagos se insertan en el genoma por acción de arbitrium, para esperar a que haya más bacterias disponibles. Se quedan en estado lisogénico.
• Mientras la densidad es baja, las bacterias con fagos lisogénicos hacen trampas. Sus fagos generan el sistema Rapφ-Phrφ ayudando a que las bacterias que los tienen se reproduzcan más rápido mientras se aprovechan de las que no lo tienen, que también se multiplican.
• Cuando la densidad es suficientemente alta y hay bacterias a las que infectar, se empiezan a liberar profagos para que entren en un ciclo lítico y puedan multiplicarse infectando otras bacterias.

¿Por qué son los fagos unos tramposos?

No podemos en ningún caso valorar un único elemento en un ecosistema. Aquí vemos un ejemplo más de la necesidad de un equilibrio para poder mantener la población. Si un fago es muy exitoso, muere de éxito, porque se queda sin bacterias a las que infectar. Por eso es necesario siempre un equilibrio, y los propios fagos han desarrollado mecanismos para asegurar la supervivencia de las bacterias. Los fagos y sus bacterias hospedadoras se encuentran en una lucha continua, una carrera a ver cual tiene mecanismos más potentes (la bacteria para defenderse y el fago para infectarla). Pero hasta cierto punto, colaboran.

Consideramos los fagos como las entidades biológicas más sencilllas, quizá superadas solo por los priones. Pese a ello, todavía nos esconden mecanismos como éste. Son mecanismos muy elegantes por su sencillez y su efectividad. Deberíamos plantearnos más a menudo que si todavía no hemos descifrado todo lo que los fagos tramposos nos esconden, todavía nos queda muchísimo camino para entender cómo funcionamos nosotros. Si un genoma tan pequeño esconde algo tan optimizado… ¿qué esconderá todavía nuestro genoma?