Abstract
Las bacterias pueden ser infectadas por virus diminutos llamados bacteriófagos (fagos). Los bacteriófagos son tan pequeños que ni siquiera tienen una sola célula, sino que son solo una pieza de ADN rodeada por una cubierta de proteína. Cuando atacan a una bacteria, los bacteriófagos pueden multiplicarse muy rápidamente hasta que la bacteria revienta y libera muchos fagos nuevos., Trillones de bacterias y bacteriófagos viven en y sobre el cuerpo humano y son vitales para una vida normal y saludable. Estamos interesados en ver si podemos usar fagos para ayudar a los médicos a tratar enfermedades y para ayudar a las personas a vivir vidas saludables.
El Microbioma—Un Nuevo Órgano Humano?
Imagine la emoción si los médicos de repente descubrieron un nuevo órgano en el cuerpo humano! Esto es exactamente lo que ha sucedido en los últimos años. Ahora sabemos que, además de los pulmones, los riñones, el cerebro, el hígado y el corazón, tenemos otro órgano a considerar: el microbioma., Este nuevo órgano es completamente diferente, porque está hecho de microbios en lugar de células humanas. Los microbios son organismos diminutos que incluyen bacterias. Una cosa sorprendente de este nuevo órgano es que nacemos sin él. A medida que nacemos, obtenemos bacterias de nuestras madres y luego continuamos agregando más y más bacterias del medio ambiente, hasta que tenemos alrededor de 1,000 tipos diferentes de bacterias en y dentro de nuestros cuerpos. Las bacterias son diminutas, pero pueden multiplicarse muy rápidamente, y en solo unas pocas horas, una bacteria puede convertirse en miles o incluso millones de bacterias nuevas., Todo el mundo tiene un microbioma único, diferente de todos los demás. Tenemos nuestros microbiomas para toda la vida. El microbioma se encuentra principalmente en el intestino, pero también hay un microbioma de la piel y un microbioma pulmonar.
Pero espera—bacterias viven con nosotros toda nuestra vida? La mayoría de nosotros pensamos que las bacterias están presentes solo en las cosas sucias, pero están en todas partes, incluso dentro de nosotros. Las bacterias no solo nos enferman, sino que pueden hacer muchos trabajos útiles, como convertir la leche en yogur y queso, o ayudar a las plantas a crecer., Necesitamos que las bacterias en nuestros microbiomas nos ayuden a digerir nuestros alimentos y a» entrenar » nuestro sistema inmunológico, entre otras funciones importantes. Cientos de laboratorios de todo el mundo están trabajando para comprender las otras funciones que desempeña el microbioma en la salud humana. La investigación ha encontrado que las personas con ciertas enfermedades y afecciones como la enfermedad inflamatoria intestinal o ciertos cánceres tienen microbiomas diferentes que las personas sanas, pero ha sido difícil demostrar si los cambios en el microbioma son responsables de estas enfermedades., Además de vincular el microbioma a los problemas intestinales y cutáneos, trabajos recientes incluso han proporcionado evidencia convincente de que las bacterias en el intestino pueden influir en nuestros cerebros. Por ejemplo, cuando los investigadores transfirieron el microbioma intestinal de los seres humanos que sufren de depresión a las ratas, los animales comenzaron a demostrar comportamientos que también son característicos de la depresión. Los microbiomas de humanos no deprimidos no tuvieron este efecto.,
bacteriófagos—virus que infectan bacterias
nuestros microbiomas contienen trillones de bacterias que viven en y sobre nuestros cuerpos, pero la diversidad de la vida que vive dentro de nosotros no se detiene allí. Jonathan Swift fue un poeta irlandés que escribió las líneas:
por lo tanto, los naturalistas observan, una pulga
tiene pulgas más pequeñas que en él presa;
y estos tienen aún más pequeños para morderlas,
y así proceder ad infinitum.
Swift nunca había oído hablar del microbioma, pero lo describió perfectamente., Tenemos bacterias que viven en nosotros, y las bacterias tienen virus bacterianos que viven en ellos (figura 1). Estos virus se llaman bacteriófagos (o fagos). Los virus difieren de las bacterias en que no están hechos de células, sino que consisten en un trozo de ADN (o ARN) empacado dentro de una capa de proteína. Los virus son tan pequeños que no podemos verlos con microscopios normales. Para darle una idea de su tamaño, si un fago fuera del tamaño del período al final de esta oración, entonces los humanos serían casi 4 millas (6 km) de altura! Los fagos son los organismos más simples y abundantes en la tierra.,
- Figura 1 – los humanos contienen muchas bacterias en nuestros microbiomas, principalmente en el intestino.
- estas bacterias pueden ser atacadas por virus bacterianos llamados bacteriófagos.
los fagos son realmente muy hermosos (Figura 2) y la forma en que se reproducen es bastante interesante. Un fago se une a una bacteria e inyecta su ADN en la célula bacteriana., La bacteria luego se convierte en una fábrica de fagos, produciendo hasta 100 nuevos fagos antes de que estalle, liberando los fagos para atacar a más bacterias. Esto significa que los fagos pueden crecer mucho más rápido que las bacterias. En algunos países, particularmente en Europa del Este, los fagos se utilizan realmente para tratar infecciones bacterianas. Cada fago solo puede matar un tipo de bacteria, por lo que si un médico sabe qué tipo de bacteria está infectando a un paciente, podría ser posible darle al paciente un fago que puede infectar y matar ese tipo de bacteria. Los fagos no pueden infectar las células humanas, por lo que no representan una amenaza para nosotros.,
- Figura 2 – los Bacteriófagos tienen proteína de cabezas y colas, que están repletas de ADN.
- Cuando un fago ataca a una bacteria, inyecta su ADN. La bacteria produce más fagos que se liberan cuando la bacteria estalla.
fagos dentro de nosotros
hemos sabido durante años que muchos fagos están presentes en el intestino, pero realmente no sabíamos mucho sobre ellos. Así que empezamos a estudiarlos., Primero, separamos los fagos de todo lo demás en el intestino, y luego los secuenciamos. La secuenciación nos permitió «leer» el ADN de los fagos y predecir cuántos y qué tipos de fagos están presentes. Nos sorprendió saber que hay decenas de miles de fagos diferentes en el intestino humano. La mayoría de ellos eran completamente desconocidos. Algunos de los fagos intestinales son muy simples y solo tienen tres genes, mientras que otros son enormes y tienen más de 500 genes.
si hay muchos fagos presentes en el intestino y se replican muy rápidamente, ¿por qué no eliminan todas las bacterias intestinales?, Bueno, como suele ser el caso en la ciencia, la respuesta es bastante complicada. A veces el fago simplemente no puede encontrar su objetivo bacteriano correcto en el ambiente muy concurrido del intestino. Además, las bacterias pueden defenderse contra los fagos de varias maneras, incluyendo evitar que el fago se adhiera, cortar el ADN del fago a medida que entra en la célula, e incluso tomar el paso drástico de cometer «suicidio» para evitar que el fago se multiplique y ataque a los parientes cercanos de la bacteria., Como resultado, hay un equilibrio complejo entre fagos y bacterias en el intestino, y se forma una relación estable. Las bacterias están en constante evolución para combatir los fagos y los fagos también están evolucionando rápidamente para superar las defensas bacterianas.
¿por qué es importante estudiar los bacteriófagos?
¿Por qué estamos interesados en estudiar fagos en el intestino? ¿Por qué alguien está financiando laboratorios como el nuestro y otros que están tratando de entender estas criaturas simples pero complejas? Una excelente razón es que podemos aprender muchos principios biológicos fundamentales estudiando fagos., Muchos premios Nobel han sido otorgados a investigadores de fagos por esa misma razón. Tan recientemente como en 2018, el Premio Nobel de Química fue otorgado a George Smith y Gregory Winter, quienes utilizaron el hecho de que los fagos crecen y mutan rápidamente para desarrollar nuevos anticuerpos que se han utilizado para curar muchas enfermedades, incluidas algunas formas de cáncer.
otra razón por la que estudiamos los fagos en el intestino es que esperamos que nos proporcionen una forma muy precisa de manipular o diseñar el microbioma., Nuestra hipótesis es que los fagos son una de las partes más importantes del microbioma, y estamos diseñando y realizando experimentos para probar esa idea. Una cosa que estamos haciendo es transferir el fago de un microbioma sano a un microbioma que ha sido dañado por antibióticos, para ver si podemos restaurar un microbioma sano.
incluso si nuestra hipótesis resulta ser errónea, es casi seguro que todavía aprenderemos muchas cosas en el camino., Pero si tenemos razón, entonces algún día los médicos podrían ser capaces de usar fagos para cambiar la forma del microbioma de un estado poco saludable a un estado saludable, lo que posiblemente podría ayudar a curar varias enfermedades o trastornos. Tal vez agregando un número muy alto de fagos contra algunas bacterias específicas, podríamos cambiar el microbioma de una manera positiva. Tal vez haya un tiempo en el futuro en el que podamos «arreglar» un microbioma dañado usando fagos, similar a la forma en que los cirujanos pueden operar actualmente con precisión en un corazón o hígado dañado., Pero esto solo será posible una vez que tengamos una mejor comprensión de los números y la naturaleza de nuestros fagos, y se necesitan muchos experimentos para llegar a ese punto.
un famoso científico llamado Sir Peter Medawar describió una vez los virus como «una mala noticia envuelta en una proteína», pero, en el futuro, esperamos demostrar que los fagos son «una oportunidad envuelta en una proteína».»
Glosario
microbioma: la colección de todos los microbios en un ambiente particular, como en el cuerpo humano.,
microbio: organismos microscópicos, como bacterias, hongos y bacteriófagos.
bacterias: un tipo de microbio. Una bacteria es una sola célula que puede dividirse para formar dos células.Virus: un tipo de microbio que puede infectar las células. Los virus humanos infectan células humanas, los virus vegetales infectan células vegetales, etc.
bacteriófago: un virus que infecta bacterias, también llamado fago.
ADN: la molécula que lleva toda la información en forma de genes necesarios para producir proteínas. Todos los organismos obtienen su ADN de sus padres.,
conflicto de intereses
El autor declara que la investigación se realizó en ausencia de relaciones comerciales o financieras que pudieran ser interpretadas como un potencial conflicto de intereses.