Bacteriófagos: Letales contra la Resistencia

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Dado el creciente problema de la resistencia a los antibióticos, en un futuro próximo los bacteriófagos o fagos –virus destructores de bacterias– serán la terapia más recurrente para el tratamiento de enfermedades patógenas ocasionadas por bacterias.

Felipe Pino San Martín
​Médico Veterinario, U. de Chile
PhD Mención Rumiantes
Penn State University

Si bien en el ejercicio diario de mi trabajo no me vinculo directamente con clínica de animales mayores, observo el uso cotidiano que se hace de los antibióticos y cómo la comunidad científica internacional  trabaja por tratar de erradicar la mala praxis de utilizar estas herramientas de forma indiscriminada.

El sistema gastro-intestinal (SGI) es el órgano más colonizado de todo el organismo, principalmente por la población microbiana: alberga más del 70% de todos los microbios del cuerpo del animal y forma el microbioma gastrointestinal, que consiste en bacterias, levaduras y hongos, protozoos y virus.

Los virus presentes en el SGI representan, cuantitativamente, el mayor número de componentes del microbioma gastrointestinal. Excluyendo la presencia de virus responsables del síndrome de malabsorción, la población viral está representada casi exclusivamente por bacteriófagos, también llamados fagos.

DESCUBRIMIENTO Y RELEGACIÓN

El descubrimiento de bacteriófagos se remonta a fines del siglo XIX, precisamente a 1896, cuando el bacteriólogo británico Ernest Hanbury Hankin observó que las aguas del Ganges y el Jumna, en la India, poseían propiedades antibacterianas que habían reducido la incidencia de cólera y disentería en zonas situadas cerca de estos ríos. Otro investigador planteó la hipótesis de que estas propiedades antibacterianas debían atribuirse a una sustancia desconocida, capaz de ir más allá de los filtros de porcelana utilizados para filtrar el agua del río, pero que podrían degradarse a altas temperaturas (termolábil).

Casi veinte años después de las primeras observaciones, otro bacteriólogo británico observó un fenómeno similar al descrito anteriormente e hipotetizó que “la sustancia desconocida” con actividad antibacteriana podría ser un virus. Sin embargo, debido a la falta de fondos, no se pudo continuar con la investigación. Solo dos años después, el microbiólogo franco-canadiense Félix D’Herelle, a principios del siglo XX, descubrió, o mejor dicho redescubrió la existencia de virus bacteriófagos, o virus destructores de bacterias. Poco después de su descubrimiento, D’Herelle hizo el primer intento de introducir la terapia con bacteriófagos para el tratamiento de la disentería, la cual tuvo resultados positivos. Posteriormente, la terapia con fagos se probó para el tratamiento de otras infecciones, en las cuales también se obtuvieron resultados positivos.

Sin embargo, con la llegada y el desarrollo de los antibióticos en Norteamérica, el uso de bacteriófagos se dejó de lado en favor de los medicamentos recién descubiertos, pero en Europa del Este la terapia con fagos ha continuado desarrollándose y todavía se usa en la actualidad.

Los bacteriófagos son virus y, a diferencia de las bacterias, no pueden replicarse por sí mismos. Son parásitos obligatorios, simplemente porque tienen que explotar otras células para reproducirse. Cuando la célula utilizada es de un animal, los virus provocan un daño celular masivo, y daño al organismo del huésped. Cuando una bacteria patógena daña una célula animal, los bacteriófagos pueden convertirse en aliados de la salud (el enemigo de mis enemigos es mi amigo) y controlar la replicación bacteriana. Se cree que, en un futuro cercano, considerando el creciente problema de la resistencia a los medicamentos y la consiguiente insensibilidad bacteriana no solo a los antibióticos, sino también a otras moléculas como los aceites esenciales, hasta el cobre (sulfato) y el zinc (óxido), los bacteriófagos serán la terapia más recurrente para el tratamiento de enfermedades patógenas ocasionadas por bacterias.

Un bacteriófago o fago es un virus que parasita una bacteria en particular, patógena o no patógena, y puede causar su aniquilamiento por lisis o destrucción de sus componentes principales. El bacteriófago ataca a la bacteria fijando fibras en un punto preciso en la superficie de la bacteria. Con un mecanismo de contracción inyecta su ácido nucleico, mientras que la envoltura proteica permanece fuera.

Una vez inyectado su ácido nucleico, el genoma del fago puede seguir dos caminos: A) En el ciclo lítico (típico de los bacteriófagos T), utilizará el aparato de replicación del huésped para producir nuevas partículas de fago, hasta alcanzar el volumen de ráfaga, momento en que las células se desintegrarán por lisis, o B) En el ciclo lisogénico, en cambio, el genoma del fago está integrado en un punto específico del cromosoma bacteriano. En este estado integrado, el fago se llama profago, y siempre que el cromosoma bacteriano se replica, el genoma integrado también lo hace. Una bacteria que contiene un profago se llama “lisogénica”. El estado de profago se mantiene mediante una proteína específica producida por el propio fago. La eliminación de este represor induce el ciclo lítico.

Los bacteriófagos se pueden dividir en dos categorías principales, dependiendo de si su genoma tiene la capacidad de encajar en el cromosoma bacteriano, logrando replicarse con él. De hecho, algunos bacteriófagos, una vez que se completa la infección, siempre determinan la producción de nuevos viriones, mientras que otros solo conducen excepcionalmente a la lisis de la bacteria infectada. Los bacteriófagos del primer tipo se llaman virulentos; los segundos se llaman bacteriófagos templados. Las bacterias que portan un bacteriófago templado integrado en su genoma se llaman lisógenos y tienen algunas diferencias con sus progenitores, por ejemplo, ya no son sensibles al bacteriófago templado que los ha infectado generando una inmunidad lisogénica.

Sobre la misma base se produce el fenómeno de conversión, por el cual las cepas no toxigénicas de Corynebacterium diphterie, Streptococcus pyogenes, y también otras especies, adquieren la capacidad de producir toxina, si se hacen lisogénicas por la infección de bacteriófagos de cepas toxigénicas.

VENTAJAS Y DESVENTAJAS

Los bacteriófagos se consideran enemigos naturales de las bacterias y tienen ventajas sobre los antibióticos:

1. Son altamente específicos, ya que cada bacteriófago es selectivo para una especie bacteriana determinada, o incluso para cepas bacterianas específicas. Esta característica es muy importante ya que, de esta manera, las bacterias responsables de la infección son los únicos objetivos de la terapia y no genera, como suele ocurrir con los antibióticos, la destrucción indiscriminada de las bacterias que forman la flora bacteriana habitual. Todo esto redunda en una reducción de los efectos secundarios causados ​​por muchos antibióticos, como la diarrea y la hipovitaminosis.

2. Gracias a la lisis de bacterias, los bacteriófagos estimulan indirectamente el sistema inmunológico. De hecho, la lisis bacteriana genera fragmentos celulares que son reconocidos por el sistema inmunológico, activando la respuesta.

3. Puede ocurrir que las bacterias desarrollen resistencia también hacia los bacteriófagos, pero si esto sucede, los fagos pueden desarrollar en poco tiempo una nueva cepa capaz de atacar nuevamente a las bacterias.

4. Cuando se eliminan las bacterias responsables de la infección, incluso los bacteriófagos desaparecen.

5. Son baratos, ya que están fácilmente disponibles en la naturaleza.

Sin embargo, los bacteriófagos también pueden presentar algunas desventajas:

1. Dado que los bacteriófagos son altamente específicos para ciertos tipos de bacterias, la preparación basada en fagos debe personalizarse para cada enfermedad o infección. Es necesario identificar exactamente las bacterias responsables de la infección. Esto puede causar problemas cuando hay una necesidad urgente de intervenir rápidamente en casos de alta morbilidad y mortalidad.

2. Las toxinas bacterianas dañinas para el animal pueden estar contenidas dentro de la preparación del fago.

3. Puede ocurrir una transferencia de genes bacterianos entre una cepa de virus y la otra.

4. Después de la lisis bacteriana, se pueden liberar cantidades excesivas de toxinas en el organismo y causar un shock tóxico. Este obstáculo se puede superar mediante técnicas de ingeniería genética, con el objetivo de privar a los fagos de los genes necesarios para la síntesis de lisina; esto también limita la proliferación de fagos, ya que sin lisina los virus replicados dentro de la célula bacteriana no pueden escapar.

En cualquier caso, a pesar de las desventajas, la terapia con bacteriófagos sigue siendo una alternativa válida a la terapia con antibióticos, ya que el organismo animal está en contacto permanente con los fagos, que se encuentran en todas partes.

El mayor obstáculo está representado por las técnicas de desarrollo de los preparativos de fagos, que no cumplen con las normas occidentales que regulan el desarrollo y uso de nuevos fármacos. Sin embargo, en los Estados Unidos, la Administración de Alimentos y Medicamentos (FDA) ha aprobado el uso de preparaciones de bacteriófagos para la descontaminación de animales, plantas y sus derivados destinados al consumo humano, en particular el uso de fagos específicos para Salmonella y Escherichia coli.

En Europa, en el laboratorio de probiogenómica de la Universidad de Parma, coordinado por el profesor Marco Ventura, se ha aislado el llamado fago de “rotación” que ha permitido a la industria láctea resolver el problema causado por los bacteriófagos de las bacterias lácticas. El nuevo grupo de bacteriófagos activos contra las bacterias bífidas, llamado bifidobatteriofagi, siendo las bifidobacterias los primeros colonizadores del microbioma GIT, nos ha permitido descubrir cómo estos fagos pueden regular su desarrollo.

Respecto a la situación de la resistencia a los antibióticos, es más preocupante de lo que creemos. Hoy en día, las bacterias causantes de enfermedades se adaptan a los antibióticos más rápido de lo que la industria puede generar nuevos medicamentos para contrarrestarlos, creando las llamadas bacterias superresistentes, que representan una grave amenaza para la salud pública.

La microbiota intestinal tiene formas para protegerse, aumentando aún más la resistencia a los antibióticos, permitiendo que la bacteria sea potencialmente más fuerte y más resistente que antes. Por lo tanto, controlar los fagos que se alojan en el intestino, en lugar de los patógenos en sí mismos, es el camino hacia la curación y la detención de la resistencia a los antibióticos. Estamos en el comienzo de este camino y existen nuevas posibilidades que ofrecen los continuos estudios de la búsqueda de fagos para el tratamiento de enfermedades.

Existen fenoles y polifenoles, polimerizados, capaces de disociarse en el SGI, liberando moléculas de naturaleza fenólica, asimilables a nivel entérico, capaces de activar un círculo entero-hepático. Estos fenoles son capaces de modificar favorablemente la composición de la microbiota, actuando indirectamente sobre los fagos. Esta capacidad está vinculada al proceso de producción de la polimerización, capaz de liberar moléculas que pueden ser absorbidas por la mucosa intestinal y, por lo tanto, realizar una amplia gama de acciones sistémicas: antioxidantes, antiinflamatorios, inmunomoduladores. Pero la absorción de algunos de estos ingredientes activos también ocurre en la parte de las bacterias del SGI, y si estas bacterias tienen un profago en su interior, son capaces de neutralizar por precipitación solo la proteína producida por las bacterias intestinales que permiten adaptarse a los antibióticos.

Últimamente, la investigación ha centrado su atención en los fagos, ya que son muy abundantes en el intestino y muy buenos para transportar los genes de una bacteria a otra.

En un ensayo experimental, realizado por Jim Collins de la Universidad de Boston (publicado en Nature en junio de 2017), los cuyes fueron tratados con Ciprofloxacina o Ampicilina, dos antibióticos de uso común. Después de ocho semanas, todos los virus se recolectaron en las heces de los cuyes y se identificaron los genes virales presentes, comparándolos con una gran base de datos de genes conocidos. Así, se descubrió que los fagos tratados con ampicilina habían producido más genes que ayudan a las bacterias a combatir la ampicilina y los fármacos relacionados, como la penicilina; mientras que los tratados con Ciprofloxacina habían producido más genes que ayudan a las bacterias a combatir la Ciprofloxacina y medicamentos similares.

Cuando los cuyes son tratados con algunas clases de medicamentos, siempre se observa el enriquecimiento de los genes de resistencia a estos medicamentos.

En los fagos lisogénicos, la proteína ya no es capaz de mantener el estado de profago, por lo que su precipitación induce nuevamente el ciclo lítico y la consiguiente lisis bacteriana, sin ninguna transcripción genética de la resistencia. Este extraordinario mecanismo de acción, altamente específico, protege al mismo fago de la posibilidad de incurrir en fenómenos de resistencia a los antibióticos, garantizando una amplia efectividad en el tiempo, también en relación con cepas particularmente agresivas y multirresistentes.

La actividad bactericida hacia cepas bacterianas multirresistentes se explica por el mecanismo de acción de los fenoles: las cepas multirresistentes han adquirido esta característica gracias a que los bacteriófagos lisófagos, pudiendo interrumpir el ciclo lisogénico al regresar a la fase lítica, interrumpen el proceso de la resistencia a los antibióticos. Esto sugiere que el uso prolongado a lo largo del tiempo puede incluso restaurar la eficacia de los antibióticos en sí mismos, lo que volvería a adquirir sus propiedades antibacterianas normales.

El camino recién comienza. Tal vez con fagos podamos controlar gran parte de las enfermedades bacterianas. Hay que ver cómo los investigadores desarrollan nuevos fagos para nuevas enfermedades y que comencemos a utilizarlos correctamente.

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