miniatura|Modelo dn bacteriófago. miniatura|Modelo estrutural atómico do bacteriófago T4. De Dr Victor Padilla-Sanchez, PhD (Washington DC). miniatura|Estrutura dun bacteriófago miovirus típico. miniatura|Anatomía e ciclo de infección do fago T4. miniatura|Estrutura dun fago con cola miniatura|Un fago con cola longa, o fago gamma.
Un bacteriófago, abreviado informalmente como fago, é un virus que infecta e se replica dentro de bacterias e arqueas. O termo deriva de "bacteria" e do grego φαγεῖν (fagein), 'devorar'. Os bacteriófagos están compostos de proteínas que encapsulan o seu xenoma de ADN ou ARN, e poden ter estruturas simples ou moi elaboradas. Os seus xenomas poden codificar desde só catro xenes (caso do bacteriófago MS2) ata centos. Miden de 20 a 200 nm aproximadamente. Os fagos replícanse dentro da célula procariota despois de inxectar o seu xenoma no seu citoplasma.
Os bacteriófagos están entre as entidades máis comúns e diversas da biosfera. Son un tipo de virus que se encontra en todas os sitios en que existan bacterias. Estímase que hai máis de 1031 bacteriófagos no planeta, máis que calquera outro organismo da Terra, incluídas todas as bacterias combinadas. Unha das fontes naturais máis densas de fagos e outros virus é a auga do mar, onde se atoparon ata 9·108 virións por mililitro en tapetes microbianos na superficie, e ata un 70% das bacterias mariñas poden ser infectadas por fagos.Prescott, L. (1993). Microbiology, Wm. C. Brown Publishers,
Os fagos infectan só bacterias específicas. Algúns fagos son virulentos e destrúen inmediatamente a bacteria na que se reproducen, pero outros, chamados fagos temperados poden integrar o seu material xenético no ADN da bacteria e ser inocuos ou establecerse dentro da célula como se fosen plásmidos. Estes fagos endóxenos denomínanse profagos e replícanse xunto con todo o ADN cando a célula divide, polo que cada bacteria filla os leva. En certos momentos os fagos endóxenos actívanse e replícanse como virus virulentos destruíndo a célula. Nalgúns casos, os profagos poden ser mesmo beneficiosos para o hospedador, dándalle novas funcionalidades ao xenoma da bacteria, o que se chama conversión lisoxénica. Un exemplo é a bacteria Vibrio cholerae, que contén un fago, que codifica a toxina do cólera.
Os fagos foron utilizados desde finais do século XX como alternativa aos antibióticos na antiga Unión Soviética e en Europa Central e tamén en Francia.BBC Horizon (1997): The Virus that Cures – Documentary about the history of phage medicine in Russia and the West Considéranse unha posible terapia contra as cepas resistentes a multifármacos de moitas bacterias (terapia de fagos). Por outra parte, os fagos do grupos dos Inoviridae observouse que complican as biopelículas implicadas na pneumonía e fibrose quística e protexen as bacterias dos fármacos que se usan para erradicar esas doenzas, promovendo así infeccións persistentes.
Utilízanse tamén en investigación biolóxica en técnicas como o phage display, vectores de clonación e outras, e teñen aplicacións na industria alimentaria, farmacolóxica, diagnósticos clínicos e asepsia.
Clasificación
Os bacteriófagos son abundantes na biosfera, teñen diferentes xenomas, morfoloxías e estilos de vida. Os fagos clasifícanse polo Comité Internacional de Taxonomía de Virus (ICTV) segundo a súa morfoloxía e ácido nucleico.
miniatura|O bacteriófago P22, é un Podoviridae pola súa morfoloxía, debido a que ten unha cola curta non contráctil + Clasificación da ICTV dos virus procarióticos (bacterianos e arqueanos)Orde Familia Morfoloxía Ácido nucleico Exemplos Belfryvirales Turriviridae Envolto, isométrico ADN bicatenario linear Caudovirales Ackermannviridae Non envolto, cola contráctil ADN bicatenario linear Myoviridae Non envolto, cola contráctil ADN bicatenario linear T4, Mu, P1, P2 Siphoviridae Non envolto, cola longa non contráctil ADN bicatenario linear λ, T5, HK97, N15 Podoviridae Non envolto, cola curta non contráctil ADN bicatenario linear T7, T3, Φ29, P22 Halopanivirales Sphaerolipoviridae Envolto, isométrico ADN bicatenario linear Haloruvirales Pleolipoviridae Envolto, pleomórfico ADN monocatenario circular, ou ADN bicatenario linear Kalamavirales Tectiviridae Non envolto, isométrico ADN bicatenario linear Levivirales Leviviridae Non envolto, isométrico ARN monocatenario linear MS2, Qβ Ligamenvirales Lipothrixviridae Envolto, con forma de barra (=bacilar) ADN bicatenario linear Virus filamentoso de Acidianus 1 (Acidianus filamentous virus 1) Rudiviridae Non envolto, forma de barra ADN bicatenario linear Virus con forma de barra de Sulfolobus islandicus 1 (Sulfolobus islandicus rod-shaped virus 1) Mindivirales Cystoviridae Envolto, esférico ARN bicatenario segmentado Petitvirales Microviridae Non envolto, isométrico ADN monocatenario circular ΦX174 Tubulavirales Inoviridae Non envolto, filamentoso ADN monocatenario circular M13 Vinavirales Corticoviridae Non envolto, isométrico ADN bicatenario circular PM2 Non asignado Ampullaviridae Envolto, forma de botella ADN bicatenario linear Bicaudaviridae Non envolto, forma de limón ADN bicatenario circular Clavaviridae Non envolto, forma de barra ADN bicatenario circular Finnlakeviridae ADN bicatenario FLiPElina Laanto, Sari Mäntynen, Luigi De Colibus, Jenni Marjakangas, Ashley Gillum, David I. Stuart, Janne J. Ravantti, Juha Huiskonen, Lotta-Riina Sundberg: Virus found in a boreal lake links ssDNA and dsDNA viruses. In: Proceedings of the National Academy of Sciences 114(31), July 2017, doi:10.1073/pnas.1703834114 Fuselloviridae Non envolto, forma de limón ADN bicatenario circular Globuloviridae Envolto, isométrico ADN bicatenario linear Guttaviridae Non envolto, ovoide ADN bicatenario circular Plasmaviridae Envolto, pleomórfico ADN bicatenario circular Portogloboviridae Envolto, isométrico ADN bicatenario circular Spiraviridae Non envolto, forma de barra ADN monocatenario circular Tristromaviridae Envolto, forma de barra ADN bicatenario linear
Suxeriuse que os membros de Picobirnaviridae infectan bacterias, pero non mamíferos.
Outra familia proposta é a "Autolykiviridae" (de ADN bicatenario).Kathryn M. Kauffman, Fatima A. Hussain, Joy Yang, Philip Arevalo, Julia M. Brown, William K. Chang, David VanInsberghe, Joseph Elsherbini, Radhey S. Sharma, Michael B. Cutler, Libusha Kelly, Martin F. Polz: A major lineage of non-tailed dsDNA viruses as unrecognized killers of marine bacteria. In: Nature Vol. 554, pp. 118–122. January 24th, 2018. doi:10.1038/nature25474
Historia
En 1896, Ernest Hanbury Hankin informou que algo que estaba presente nas augas dos ríos Ganxes e Yamuna da India tiña unha marcada acción antibacteriana contra o axente do cólera e podía atravesar filtros de porcelana moi finos. En 1915, o bacteriólogo británico Frederick Twort, superintendente da Brown Institution de Londres, descubriu un pequeno axente que infectaba e mataba bacterias. El pensaba que o axente debía ser algunha das seguintes cousas: Un estadio do ciclo biolóxico das bacterias. Un encima producido polas propias bacterias. Un virus que crecía nas bacterias e as destruía.
As investigacións de Twort foron interompidas polo comezo da Primeira guerra mundial, e por unha escaseza de fondos e o descubrimento dos antibióticos.
right|miniatura|Félix d'Herelle Independentemente, o microbiólogo franco-canadense Félix d'Hérelle, que traballaba no Instituto Pasteur de París, anunciou o 3 de setembro de 1917, que descubrira "un microbio invisible antagonista do bacilo da disentería". Para d’Hérelle, non había dúbida sobre a natureza do descubrimento: "Nun instante o comprendera: o que causaba os meus puntos claros [nos cultivos bacterianos] era de feito un microbio invisible … un virus parasito das bacterias." D'Hérelle chamou ao virus bacteriófago, un "comedor de bacterias" (do grego phagein, 'devorar'). Tamén informou do caso dun home que padecía disentería e que recuperou a saúde grazas aos bacteriófagos. D'Herelle foi quen realizou boa parte das investigacións sobre bactgeriófagos daquela época e introduciu o concepto de terapia de fagos.
Máis de medio século despois, en 1969, Max Delbrück, Alfred Hershey e Salvador Luria foron galardoados co Premio Nobel de Medicina polos seus descubrimentos da replicación de virus e a súa estrutura xenética.
Evolución Estuos filoxenéticos indican que a maioría dos bacteriófagos que infectan actualmente os procariotas orixináronse antes que o último antepasado común universal (LUCA) e, por tanto, infectaron o último antepasado común universal e os protobiontes, (estruturas lipidícas compostas por material xenético que precederon ás células). A orixe dos bacteriófagos como primeiros virus é insegura, e suxeriuse que pudideron orixinarse no mundo de ARN ou a partir dalgún deses protobiontes ou por unha combinación de ambos. Mart Krupovic, Valerian V. Dolja, Eugene V. Koonin (2020). The LUCA and its complex virome. Nature. No momento da orixe dos eucariotas os bacteriófagos precederían a varios virus que actualmente infectan os eucariotas. Por exemplo, os bacteriófagos con cola (Caudovirales) serían os devanceiros dos Herpesvirales, entre os que están os virus do herpes e a varicela.
Usos Terapia de fagos
Como se descubrira que os fagos eran axentes antibacterianos, foron usados na antiga República Soviética de Xeorxia durante as décadas de 1920 e 1930 para tratar infeccións bacterianas. O pioneiro alí foi Giorgi Eliava coa axuda do codescubridor dos bacteriófagos Félix d'Herelle. Tiveron un amplo uso, incluíndo o tratamento de soldados do Exécito Vermello. Porén, foron despois abandonados para o seu uso xeral en Occidente por varias razóns:
Descubríronse os antibióticos, que foron moi comercializados, eran máis fáciles de obter, almacenar e prescribir. Realízáronse ensaios médicos con fagos, pero a falta dunha comprensión básica suscitaba cuestións sobre a validez destes ensaios. A publicación de investigacións na Unión Soviética facíase principalmente en lingua rusa ou xeorxiana e durante moitos anos non foi seguida internacionalmente.
O uso de fagos continuou desde o final da guerra fría en Rusia,Сергей Головин Бактериофаги: убийцы в роли спасителей // Наука и жизнь. – 2017. – № 6. – С. 26–33 Xeorxia e noutros lugares de Europa central e do leste. O primeiro ensaio clínico regulado, aleatorizado de dobre cego publicouse no Journal of Wound Care en xuño de 2009, onde se avaliaba a seguridade e eficacia dun cóctel de bacteriófagos para tratar as úlceras venosas infectadas de pernas de pacientes humanos. A FDA aprobou o estudo como un ensaio clínico en fase I. Os resultados do estudo demostraron a seguridade da aplicación terapéutica dos bacteriófagos, pero non mostraron ser eficaces. Os autores explicaron que o uso de certos compostos químicos que forman parte do coidado das feridas (por exemplo, a lactoferrina ou prata) puido interferir coa viabilidade dos bacteriófagos. Pouco despois, publicouse outro ensaio controlado en Europa occidental (tratamento de infeccións de oído causadas por Pseudomonas aeruginosa) na revista Clinical Otolaryngology en agosto de 2009. O estudo concluíu que as preparacións de bacteriófagos eran seguras e efectivas para o tratamento de infeccións crónicas de oído en humanos. Ademais, houbo ensaios clínicos en animais e doutro tipo que avaliaron a eficacia dos bacteriófagos contra varias doenzas, como as queimaduras infectadas e feridas, e a fibrose quística asociada con infeccións de pulmón, entre outras.