Artículo técnico
Los bacteriófagos en control biológico
Beatriz Riverón briveron@uol.com.br 2018
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Los bacteriófagos en control biológico Beatriz Riverón Abril 2018
Índice
1 Introducción 2 Promisorios resultados en marchitamiento bacteriano en patata 3 Marchitez bacteriana en plantas de tomate 4 Bacteriófagos como antimicrobianos en alimentos 5 Fagos en salud humana 6 Bibliografía 7 Cítanos
Pág. 3 Pág. 6 Pág. 7 Pág. 7 Pág. 8 Pág. 9 Pág. 9
*Imagen de cabecera 'Virus bacteriófagos: la técnica que promete ser una alternativa a los actuales antibióticos' del portal T13
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1. Introducción Un fago (también llamado bacteriófago) es un tipo de virus que infecta sólo bacterias. Los fagos consisten en una cápsula de proteína y lipoproteína externa protectora conteniendo en su interior el material genético (doble hélice de DNA en el 95% de los fagos conocidos, pero también los hay con genoma de RNA de cadenas sencillas o dobles, así como de DNA de cadena sencilla) de una longitud que varía entre 5-650 Kbp (1 Kpb = 1.000 pares de bases). Los fagos fueron descubiertos independientemente por Frederick Twort en 1915 y por Félix– D'Herelle en 1917.
Fago T4
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Los fagos infectan específicamente las bacterias y no células eucariontes. Algunos fagos son virulentos, significando que una vez que la célula ha sido invadida, ellos inmediatamente inician su proceso de reproducción, y en poco tiempo "lisan" (destruyen) la célula, lanzando nuevos fagos al medio externo. Fago T4 Electromicrofotografía 390.000x
Algunos fagos (conocidos como fagos templados) pueden por el contrario integrar su material genético en el DNA cromosómico de la bacteria huésped, fenómeno llamado lisogenia (de forma semejante a los retrovirus en células animales). Estos fagos endógenos son entonces copiados en cada división celular junto con el DNA de la bacteria huésped. Ellos no matan a la célula, pero monitorean (a través de algunas proteínas que codifican para esto) el estado de su huésped. Cuando la célula bacteriana muestra signos de estrés (significando que está cerca de su muerte), los fagos endógenos se vuelven activos nuevamente e inician su ciclo reproductivo (ciclo lítico) resultando en la destrucción de la célula huésped. Un ejemplo es el fago lambda (λ) de Escherichia coli. Ciclos lisogénico y lítico de un fago en una célula bacteriana
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En muchos casos, los fagos en su estado lisogénico pueden proveer beneficios para las células huéspedes por la adición de nuevos genes al genoma de la bacteria, Son ejemplos típicos las bacterias Vibrio cholerae y Clostridium botulinum cuyas toxinas letales para humanos son codificadas por genes fágicos. Los fagos constituyen el mayor de los grupos virales. Ocurren en cerca de 140 géneros bacterianos y en diferentes hábitats (suelos y aguas de arroyos y lagos fundamentalmente) y exhiben amplia variedad de morfologías. Mediante apéndices de la cápsula, se unen a receptores específicos de la superficie de las células bacterianas e inyectan el material genético para su interior. Los fagos son muy importantes en la biología molecular siendo utilizados como vectores de clonación. También están siendo evaluados por investigadores médicos como una alternativa a los antibióticos para tratar las infecciones por bacterias (porque matar bacterias es lo que los fagos hacen de mejor). La terapia de fagos o terapia viral de fagos se basa en el uso de bacteriófagos para tratar infecciones bacterianas patogénicas. La terapia de fagos tiene diversas aplicaciones para la medicina humana y veterinaria y en la agricultura, llamada comúnmente “biocontrol” o “control biológico”. Los fagos pueden substituir a los antibióticos y son usualmente inofensivos para los organismos. Por otro lado pueden llegar a ser más exitosos que los antibióticos debido a la biopelícula presente en su cápsula, que se funde fácilmente con la membrana plasmática bacteriana facilitando su entrada en relación a determinadas drogas. Enfermedades de marchitez bacteriana causadas por Ralstonia solanacearum, R. pseudosolanacearum y R. syzygii subsp. indonesiensis (antiguo complejo de especies de R. solanacearum). http://www.bibliotecahorticultura.com
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Se encuentran entre las enfermedades de plantas más importantes del mundo, afectando gravemente a un gran número de cultivos y plantas ornamentales. Las dificultades del control de la marchitez bacteriana mediante métodos no biológicos están relacionadas con la efectividad, la resistencia bacteriana y el impacto ambiental. Alternativamente, se han llevado a cabo muchas estrategias de control biológico, con la ventaja de ser respetuosas con el medio ambiente. Los avances en el control biológico del marchitamiento bacteriano incluyen un creciente interés en los tratamientos basados en bacteriófagos como una estrategia emergente prometedora. Fueron aislados bacteriófagos contra los patógenos de la marchitez bacteriana y se han descrito con efecto lítico o lisogénico, activos contra las cepas pertenecientes a R. pseudosolanacearum y/o R. syzygii subsp indonesiensis. Hasta ahora ningún producto basado en bacteriófagos está disponible comercialmente. Por lo tanto, aún queda mucho por hacer para incorporar bacteriófagos válidos en un programa de manejo integrado para luchar eficazmente contra la marchitez bacteriana en el campo. 2. Promisorios resultados en marchitamiento bacteriano en patata La marchitez bacteriana es una enfermedad devastadora de la papa (patata) y puede causar una pérdida de producción del 80%. Para controlar el marchitamiento utilizando la terapia con bacteriófagos, fueron aislados y caracterizados doce bacteriófagos líticos de diferentes fuentes de agua en Kenia y China. Basándose en las curvas líticas de los fagos con el patógeno Ralstonia solanacearum, se formuló un cóctel de bacteriófagos conteniendo seis aislados de fago y se usó para estudiar la prevención de marchitez y la eficacia del tratamiento en plantas de patata cultivadas en macetas.
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Las pruebas preliminares mostraron que el cóctel de fagos fue muy eficaz para prevenir la marchitez bacteriana de la papa mediante la inyección de los fagos en las plantas o en el suelo previamente esterilizado inoculado con R. solanacearum. El ochenta por ciento de las plantas de patata resistieron el marchitamiento bacteriano (causado por R. solanacearum cepa de referencia GIM1.74). Se observó que es importante aplicar la terapia de fagos tan pronto como sea posible una vez que haya signos tempranos de marchitez bacteriana. Estos resultados proporcionan la base para el desarrollo del biocontrol basado en bacteriófagos de la marchitez bacteriana de la papa como alternativa al uso de antibióticos. 3. Marchitez bacteriana en plantas de tomate El fago PE204 fue usado como bacteriófago lítico modelo para investigar su potencial de biocontrol para la marchitez bacteriana en plantas de tomate. El fago PE204 tiene una estructura icosaédrica de cola corta y un genoma de DNA bicatenario similar al de los miembros de Podoviridae1. PE204 es estable en un amplio rango de temperatura y pH, y también es estable en presencia del surfactante. El tratamiento simultáneo del fago PE204 a 10 (8) PFU / ml con R. solanacearum en la rizosfera de tomate inhibió completamente la marchitez bacteriana. 4. Bacteriófagos como antimicrobianos en alimentos Más allá de simplemente proporcionar una barrera entre los alimentos y los contaminantes externos, las tecnologías de envasado activo pretenden inhibir la supervivencia y el crecimiento de los patógenos dentro del entorno envasado. 1
Es una familia de virus (fagos) del orden Caudovirales, en que se han descripto 50 especies. No tienen envoltura lipídica (solamente la cápsula), morfología icosaédrica con cola corta no contráctil. Genoma de DNA de cadena doble que codifica aproximadamente 55 genes. Es capaz de infectar tanto bacterias Gram positivas como Gram negativas (Clostridium y Yersínia entre otras, respectivamente
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Los bacteriófagos tienen una probada trayectoria como antimicrobianos dirigidos, pero aún no se han integrado con éxito en los envases activos sin una pérdida importante de actividad. Se han desarrollado revestimientos de xantano como base de bacteriófagos que inhiben significativamente la proliferación de Salmonella typhimurium y Listeria monocytogenes en pechuga de pavo precocida, comercializada en rodajas, durante 30 días de envasado anaeróbico a 4 o 10 ° C (P <0.05). Estos revestimientos mostraron un 99,99% de liberación de fago en 30 minutos. Se podrían utilizar enfoques similares para desarrollar un paquete inhibidor de otros patógenos importantes transmitidos por los alimentos, como Campylobacter y Escherichia coli, así como también bacterias deteriorantes. 5. Fagos en salud humana Por otro lado, Burkholderia pseudomallei es una bacteria del suelo saprófita y el agente etiológico que causa la melioidosis (caracterizada por septicemia y pulmonía) a la cual están expuestos los trabajadores rurales. Es naturalmente resistente a muchos antibióticos y, por lo tanto, difícil de tratar. Los bacteriófagos pueden proporcionar una fuente alternativa de tratamiento. Fue aislado y caracterizado el bacteriófago ΦBp-AMP1, un miembro de la familia Podoviridae y tiene un tamaño de genoma de ~ 45 Kb. Los datos moleculares basados en el gen que codifica para la proteína tubular de la cola del fago sugieren que el fago es distinto de los fagos conocidos pero relacionado con los fagos que infectan a B. thailandensis y Ralstonia spp. El fago ΦBp-AMP1 es el primer podovirus de B. pseudomallei que se aisló del medio ambiente en lugar de ser inducido a partir de un cultivo bacteriano. Tiene un amplio rango de hospederos dentro de B. pseudomallei y puede infectar a las 11 cepas en las que lo fue probado, pero no a las especies de Burkholderia relacionadas. Es estable al calor durante 8 horas a 50 ° C, pero no es estable a 60 ° C. Es posible que sea una herramienta útil para tratar o diagnosticar infecciones por B. pseudomallei, ya que puede lisar varias cepas de relevancia clínica.
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6. Bibliografía ▪ Brooks et al. Microbiologia Médica. 24ª ed. Mc Graw Hill, São Paulo, 2009. ▪ https://pt.wikipedia.org/wiki/Fago en 15 de abril de 2018 ▪ https://es.wikipedia.org/wiki/Terapia_de_fagos en 15 de abril de 2018 ▪ Álvarez B, Biosca EG. Front Plant Sci. 8: 1218. 20017 ▪ Wei C, Liu J, Maina AN, Mwaura FB, Yu 1, Yan C,, Zhang R, Wei H. Virol Sin. 32 (6): 476-484. 2017. ▪ Bae JY, Wu J, Lee HJ, Jo EJ, Murugaiyan S, Chung E, Lee SW. J Microbiol Biotechnol. 22 (12): 1613-20. 2012. ▪ Radford D, Guild B, Strange P, Ahmed R, Lim LT, Balamurugan S.Food Microbiol. 66: 117-128. 2017. ▪ Gatedee J, Kritsiriwuthinan K, Galyov EE, Shan J, Dubinina E, Intarak N, Clokie MR, Korbsrisate S. Virol J. 8: 366. 2011.
7. Cítanos RIVERÓN ACOSTA, María Beatriz. Los bacteriófagos en control biológico [online]. Biblioteca Horticultura. València: Serveis per la producció editorial SPE3. Enero 2018. 46 pp. ISBN 978-84-16909-07-0. Disponible en http://publicaciones.poscosecha.com/es/sostenibilidad/433-losbacteriofagos-en-control-biologico.html
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