Bacteriófagos: Control de bacterias patógenas y sus aplicaciones

Por Gastón Higuera, Profesor Asistente, Unidad de Nutrición Básica, INTA - Universidad de Chile

Enfermedades bacterianas: ¿Qué pasa con los tratamientos?

Actualmente, las enfermedades producidas por bacterias patógenas son responsables de grandes pérdidas en la industria agrícola, ganadera y acuicultura [1]; sin embargo, las de mayor preocupación son aquellas que afectan la salud humana.  

Las principales estrategias disponibles para controlar estos patógenos se centran en antibióticos y productos en base a cobre. Este hecho complica aún más la situación, ya que su uso continuo y prolongado ha generado resistencia a los antibióticos por parte de las bacterias, lo que ha significado tener que aumentar las dosis aplicadas con varios efectos secundarios negativos [2].

La selección de bacterias resistentes sería la responsable del fracaso de los tratamientos con bactericidas convencionales. Este panorama se oscurece aún más, debido a que las bacterias son capaces de transferir su resistencia  a otras bacterias, por lo que la frecuencia de cepas resistentes aumenta progresivamente [3,4]. Por estas razones, los investigadores han desviado su atención de estos productos químicos, a vías alternativas de tratamientos como las terapias con bacteriófagos.

Bacteriófagos, controladores naturales de bacterias

Los bacteriófagos o fagos son virus que infectan exclusivamente bacterias, son sus depredadores naturales y, por tanto, son inofensivos para los animales y vegetales. Los fagos son las entidades más abundantes del planeta y se encuentran en todos los ambientes que habitan las bacterias  [5].

Un bacteriófago infecta su bacteria hospedera y utiliza su maquinaria para replicarse en su interior. Posteriormente, la destruye (muerte de la bacteria), permitiendo la liberación de la nueva progenie viral que está lista para seguir infectando (Figura 1).

Esta capacidad innata de los bacteriófagos de destruir bacterias ha renovado el interés de usarlos para el control de patógenos (fagoterapia) [6]. Más aún, ya que son capaces de eliminar las bacterias resistentes a otros tratamientos, y, además, a diferencia de los antibióticos, pueden ser altamente específicos, por lo que no alteraran la microbiota normal del ambiente o del ser humano, y no se han observado efectos secundarios colaterales no deseados como alergias o toxicidad [7].

Fagoterapia y control de enfermedades bacterianas

El explosivo incremento de estudios y patentes al respecto, han demostrado que el uso de fagos es efectivo contra una amplia gama de bacterias patógenas, en campos tan distintos como: inocuidad alimentaria, medicina humana, veterinaria, agricultura y acuicultura (Figura 2) [8–11].

Como resultado se ha generado nuevo conocimiento que ha permitido entender en profundidad el mecanismo de reproducción de los bacteriófagos y su inmensa diversidad y abundancia, lo que permite contar con una enorme fuente natural de bacteriófagos capaces de destruir una gran diversidad de bacterias patógenas (incluyendo las resistentes). El conocimiento molecular actual de su reproducción ofrece, además, la posibilidad de multiplicarlos para su aplicación y mejorarlos genéticamente mediante recombinaciones naturales, dirigiendo su actividad sobre bacterias específicas y/o aumentando su eficacia.

El avance sobre el uso de bacteriófagos como bactericida y convencimiento de su inocuidad es tal, que la FDA (Food and Drug Administration) de Estados Unidos aprobó el empleo de una combinación de fagos que, agregados a alimentos preparados listos para ser consumidos por humanos, impiden el crecimiento de Listeria monocitogenes, así como otras enfermedades transmitidas por alimentos [12].

Finalmente, entre las principales ventajas de los fagos en el control de enfermedades infecciosas de etiología bacterianas se pueden mencionar:

1) Poseen una alta especificidad; infectando sólo una especie bacteriana, o incluso una cepa, evitando efectos no deseados como alterar la microbiota benéfica de plantas, ambiente o humanos; 2) Son auto replicables; es decir, se multiplican mientras encuentren la presencia de su bacteria hospedera;

3) Su inocuidad y seguridad, pues está ampliamente reportado que los bacteriófagos no presentan ningún riesgo para la salud animal y humana;

4) La fácil y rápida selección de nuevos fagos, que puede tomar tan solo algunos días o semanas, contrario, al desarrollo de un nuevo compuesto cúprico o antibiótico, que puede tardar años.

5) Los fagos pueden evolucionar naturalmente para superar nuevos mecanismos de resistencia en sus hospederos.

Referencias

1. Savary, S.; Ficke, A.; Aubertot, J.N.; Hollier, C. Crop Losses Due to Diseases and Their Implications for Global Food Production Losses and Food Security. Food Security 2012 4:4 2012, 4, 519–537, doi:10.1007/S12571-012-0200-5.
2. Frampton, R.A.; Pitman, A.R.; Fineran, P.C. Advances in Bacteriophage-Mediated Control of Plant Pathogens. International Journal of Microbiology 2012.
3. Walsh, C. Molecular Mechanisms That Confer Antibacterial Drug Resistance. Nature 2000, 406.
4. Altimira, F.; Yá?ez, C.; Bravo, G.; González, M.; Rojas, L.A.; Seeger, M. Characterization of Copper-Resistant Bacteria and Bacterial Communities from Copper-Polluted Agricultural Soils of Central Chile. BMC Microbiology 2012, doi:10.1186/1471-2180-12-193.
5. Koskella, B.; Meaden, S. Understanding Bacteriophage Specificity in Natural Microbial Communities. Viruses 2013, 5, 806–823
6. Gorski, A.; Miedzybrodzki, R.; Borysowski, J.; Weber-Dabrowska, B.; Lobocka, M.; Fortuna, W.; Letkiewicz, S.; Zimecki, M.; Filby, G. Bacteriophage Therapy for the Treatment of Infections. Curr Opin Investig Drugs 2009, 10, 766–774.
7. Moye, Z.D.; Woolston, J.; Sulakvelidze, A. Bacteriophage Applications for Food Production and Processing. Viruses 2018.
8. Mcneil, D.L.; Romero, S.; Kandula, J.; Stark, C. Bacteriophages?: A Potential Biocontrol Agent Against Walnut Blight ( Xanthomonas Campestris Pv Juglandis ). Society 2001, 224, 220–224.
9. Kropinski, A.M. Phage Therapy - Everything Old Is New Again. Can J Infect Dis Med Microbiol 2006, 17, 297–306, doi:10.1155/2006/329465
10. Romero-Suarez, S.; Jordan, B.; Heinemann, J.A. Isolation and Characterization of Bacteriophages Infecting Xanthomonas Arboricola Pv. Juglandis, the Causal Agent of Walnut Blight Disease. World Journal of Microbiology and Biotechnology 2012, 28, 1917–1927, doi:10.1007/s11274-011-0992-z.
11. Balogh, B.; Jones, J.B.; Iriarte, F.B.; Momol, M.T. Phage Therapy for Plant Disease Control. Curr Pharm Biotechnol 2010, 11, 48–57, doi:10.2174/138920110790725302.
12. Klumpp, J.; Loessner, M.J. Listeria Phages: Genomes, Evolution, and Application. Bacteriophage 2013, 3, e26861, doi:10.4161/bact.26861.