Bacteriófagos y biopelículas

Las biopelículas son una adaptación extremadamente común que permite a las bacterias colonizar entornos hostiles. Presentan desafíos únicos para los antibióticos y biocidas, tanto por la naturaleza de la matriz extracelular como por la presencia de células persistentes metabólicamente inactivas dentro de la biopelícula. Tales sustancias químicas pueden ser altamente eficaces contra células bacterianas planctónicas y, al mismo tiempo, resultar esencialmente ineficaces contra las biopelículas. En cambio, los bacteriófagos parecen tener una mayor capacidad para combatir esta forma generalizada de crecimiento bacteriano. La alta densidad de bacterias en las biopelículas facilita la acción de los bacteriófagos al permitir una infección del huésped rápida y eficiente y la posterior amplificación del bacteriófago. Los bacteriófagos también poseen una serie de propiedades que hacen que las biopelículas sean susceptibles a su acción. Se sabe que producen (o pueden inducir) enzimas que degradan la matriz extracelular. También son capaces de infectar células persistentes que permanecen latentes en su interior, pero que se reactivan cuando se vuelven metabólicamente activas. Algunas biopelículas cultivadas también parecen ser más capaces de soportar la replicación de bacteriófagos que sistemas planctónicos comparables. Quizás no sea sorprendente que los bacteriófagos, como depredadores naturales de las bacterias, posean la capacidad de combatir esta forma común de vida bacteriana.

En estudios tempranos que demostraron el potencial de los bacteriófagos para el control de biopelículas, Hanlon et al. [24] descubrieron que los bacteriófagos de Pseudomonas aeruginosa podían destruir bacterias en una biopelícula madura (de 20 días) e incluso (quizás sorprendentemente, dado su tamaño) podían difundirse a través del gel de alginato más grueso (12%) estudiado, aunque la difusión fue más lenta que a través de geles de alginato más delgados. Hanlon también observó que los bacteriófagos estudiados podían degradar directamente el polímero de alginato, aparentemente mediante una actividad enzimática portada por el bacteriófago, aunque esta no fue identificada. Independientemente de la actividad, difería significativamente de las proteínas de espiga de cola altamente restringidas.

Sillankorva et al. utilizaron bacteriófagos tanto de Pseudomonas fluorescens como de Staphylococcus lentus, demostrando la reducción efectiva de biopelículas de una sola especie y mixtas mediante el uso de estos agentes. Ambos bacteriófagos fueron completamente secuenciados, y se demostró que ninguno codificaba una polisacárido despolimerasa (aunque el bacteriófago de Pseudomonas fluorescens codificaba una endopeptidasa). De manera similar, Doolittle et al. [25] demostraron que el bacteriófago T4 de Escherichia coli se propaga eficientemente a través de una biopelícula, aunque no codifica otras polisacárido despolimerasas excepto una proteína de espiga de cola muy restringida que solo se libera de la cola del bacteriófago durante la penetración de la célula huésped. Sin embargo, Doolittle et al. [25] también trabajaron con el bacteriófago E79 de Pseudomonas aeruginosa y demostraron que era menos eficaz para penetrar biopelículas que T4.

Si bien está claro que los bacteriófagos naturales pueden penetrar biopelículas incluso cuando no producen polisacárido despolimerasas (o cuando estas tienen una función muy limitada), no todos los estudios han mostrado una infección eficiente dentro de las biopelículas, y algunos investigadores continúan creyendo que las enzimas degradadoras de EPS son necesarias para aplicaciones en biopelículas.

Tait et al. informaron que una mezcla de tres bacteriófagos podía eliminar completamente una biopelícula de una sola especie, pero que esto era menos eficaz cuando estaban presentes otras especies bacterianas insensibles. Kay et al. [27] también demostraron que las biopelículas mixtas pueden disminuir la eficacia de los bacteriófagos. No obstante, Sillankorva et al. [1] demostraron que la eficiencia en biopelículas modelo puede ser alta incluso cuando un bacteriófago se dirige a una sola especie bacteriana, afirmando que «los fagos pueden adoptarse como método para eliminar una bacteria específica incluso cuando su huésped vive en un consorcio mixto». Sillankorva et al. [1] también demostraron que las biopelículas maduras (de siete días) pueden controlarse eficazmente mediante bacteriófagos.

Por lo tanto, está claro que los bacteriófagos naturales pueden y a menudo expresan enzimas capaces de alterar las biopelículas, pero que estas no parecen ser esenciales para la infectividad en esta situación. El potencial para la inducción de tales enzimas desde el genoma del huésped es, por supuesto, mucho más difícil de identificar.

Los bacteriófagos poseen propiedades únicas y muestran un gran potencial en el control de biopelículas. Sin embargo, tales aplicaciones aún están evolucionando, y las aplicaciones a gran escala todavía están en desarrollo. Por lo tanto, la identificación de los enfoques más eficaces debe permanecer actualmente especulativa. Con el tiempo, y a medida que se publiquen más resultados, surgirán naturalmente las mejores prácticas para tales aplicaciones.

Traducción de la fuente:
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4790368/
Bacteriófagos y biopelículas
David R. Harper, Helena M. R. T. Parracho, James Walker, Richard Sharp, Gavin Hughes, Maria Werthén, Susan Lehman y Sandra Morales1