Un micobacteriófago es miembro de un grupo de bacteriófagos que se sabe que tienen micobacterias como especie bacteriana huésped. Aunque originalmente se aislaron de las especies bacterianas Mycobacterium smegmatis y Mycobacterium tuberculosis , [2] el agente causante de la tuberculosis , desde entonces se han aislado más de 4200 micobacteriófagos de diversas fuentes ambientales y clínicas. 2.042 han sido completamente secuenciados. [3] Los micobacteriófagos han servido como ejemplos de lisogenia viral y de la morfología divergente y la disposición genética característica de muchos tipos de fagos. [4]
Todos los micobacteriófagos encontrados hasta el momento han tenido genomas de ADN de doble cadena y han sido clasificados por su estructura y apariencia en siphoviridae o myoviridae . [5]
Un bacteriófago que infectaba a Mycobacterium smegmatis en 1947 fue el primer ejemplo documentado de micobacteriófago. Se encontró en cultivos de bacterias que originalmente crecían en abono húmedo . [6] El primer bacteriófago que infecta M. tuberculosis fue descubierto en 1954. [7]
Se han aislado miles de micobacteriófagos utilizando una única cepa huésped, Mycobacterium smegmatis mc2155, de los cuales más de 1.400 se han secuenciado completamente. [3] Estos provienen principalmente de muestras ambientales, pero también se han aislado micobacteriófagos de muestras de heces de pacientes con tuberculosis , [8] aunque aún no se han secuenciado. [9] Se han identificado alrededor de 30 tipos distintos (llamados grupos o únicos si no tienen parientes) que comparten poca similitud en la secuencia de nucleótidos. Muchos de los grupos abarcan una diversidad suficiente como para que los genomas justifiquen la división en subgrupos (Figura 1). [9]
También hay un rango considerable en el contenido total de guanina más citosina (GC%), del 50,3% al 70%, con un promedio del 64% ( M. smegmatis es 67,3%). Por lo tanto, el % de GC del fago no coincide necesariamente con el de su huésped, y la consiguiente discrepancia en los perfiles de uso de codones no parece ser perjudicial. Debido a que todavía se están descubriendo nuevos micobacteriófagos que carecen de una gran similitud de ADN con la colección existente, y como hay al menos siete ejemplares únicos para los cuales no se ha aislado ningún pariente, claramente todavía tenemos que saturar la diversidad de esta población en particular. [9]
La colección de >50.000 genes se puede clasificar en >3.900 grupos (las llamadas familias , es decir, familias de proteínas de fagos) según sus secuencias de aminoácidos compartidas. La mayoría de estas familias (~75%) no tienen homólogos fuera de los micobacteriófagos y su función se desconoce. Los estudios genéticos con el micobacteriófago Giles muestran que el 45% de los genes no son esenciales para el crecimiento lítico . [10]
En mayo de 2023, el sitio web PhagesDB enumera 12579 micobacteriófagos informados, 2257 de los cuales han sido secuenciados. Alrededor de un tercio de los fagos secuenciados pertenecen al grupo "A", que contiene L5. [11]
De acuerdo con los resultados de agrupación de phageDB, los micobacteriófagos se dividen en muchos lugares en el árbol de taxonomía de virus del ICTV. Algunos ejemplos son:
El análisis del rango de huéspedes muestra que no todos los micobacteriófagos de M. smegmatis infectan otras cepas y solo los fagos del grupo K y de ciertos subgrupos del grupo A infectan eficazmente a M. tuberculosis (Figura 1). [15] Sin embargo, los mutantes pueden aislarse fácilmente de algunos fagos que amplían su rango de huéspedes para infectar estas otras cepas. [15] Sin embargo, la base molecular del rango de huéspedes depende del comportamiento y la presencia de genes específicos. Esto aumenta la probabilidad de una correlación entre las familias de genes y el huésped preferido. [15]
Los ámbitos de la infección por micobacteriófagos no se comprenden en su totalidad porque implica varios mecanismos que incluyen la disponibilidad de receptores, la modificación de la restricción, la infección abortiva y más. Estos mecanismos pueden estar mediados a través de varios procesos, como las repeticiones palindrómicas cortas interespaciadas reguladoras agrupadas (CRISPR) y la modificación del aparato traslacional. Los fagos superan estas limitaciones mediante la evolución, la mutación espontánea y la diversificación. [15]
El primer genoma de micobacteriófago secuenciado fue el del micobacteriófago L5 en 1993. [16] En los años siguientes se secuenciaron cientos de genomas adicionales. [3] Los micobacteriófagos tienen genomas altamente mosaicos . Las secuencias de su genoma muestran evidencia de una extensa transferencia genética horizontal , tanto entre fagos como entre fagos y sus huéspedes micobacterianos. Las comparaciones de estas secuencias han ayudado a explicar con qué frecuencia pueden ocurrir intercambios genéticos de este tipo en la naturaleza, así como cómo los fagos pueden contribuir a la patogenicidad bacteriana . [17]
Se aisló una selección de 60 micobacteriófagos y se secuenciaron sus genomas en 2009. Estas secuencias de genomas se agruparon en grupos mediante varios métodos en un esfuerzo por determinar similitudes entre los fagos y explorar su diversidad genética. Más de la mitad de las especies de fagos se encontraron originalmente en o cerca de Pittsburgh, Pensilvania , aunque otras se encontraron en otros lugares de Estados Unidos, India y Japón. No se encontraron diferencias claras en los genomas de especies de micobacteriófagos de diferentes orígenes globales. [18] Se ha descubierto que los genomas de micobacteriófagos contienen un subconjunto de genes que experimentan un flujo genético más rápido que otros elementos de los genomas. Estos genes de "flujo rápido" se intercambian entre micobacteriófagos con mayor frecuencia y su secuencia es un 50 por ciento más corta que el gen de micobacteriófago promedio. [18]
Históricamente, los micobacteriófagos se han utilizado para "tipificar" (es decir, "diagnosticar") micobacterias, ya que cada fago infecta sólo una o unas pocas cepas bacterianas. [19] En la década de 1980 se descubrieron los fagos como herramientas para manipular genéticamente a sus huéspedes. [20] Por ejemplo, el fago TM4 se utilizó para construir fásmidos lanzadera que se replican como cósmidos grandes en Escherichia coli y como fagos en micobacterias. [21] Los fásmidos lanzadera pueden manipularse en E. coli y usarse para introducir eficientemente ADN extraño en micobacterias. [ cita necesaria ]
Los fagos con huéspedes micobacterianos pueden ser especialmente útiles para comprender y combatir las infecciones por micobacterias en humanos. Se ha desarrollado un sistema para utilizar micobacteriófagos que portan un gen indicador para detectar cepas de M. tuberculosis en busca de resistencia a los antibióticos. [22] En el futuro, los micobacteriófagos podrían usarse para tratar infecciones mediante terapia con fagos . [23] [24]
En 2019 se informó que se administraron tres micobacteriófagos por vía intravenosa dos veces al día a una niña de 15 años con fibrosis quística y M. abscessus subsp. infección massiliense que se produjo después del trasplante de pulmón. [25] El paciente obtuvo un claro beneficio del tratamiento y el tratamiento con fagos combinado con antibióticos se extendió durante varios años. En 2022, se informó que se administraron dos micobacteriófagos por vía intravenosa dos veces al día a un hombre joven con M. abscessus subsp. infección pulmonar por absceso y enfermedad pulmonar por fibrosis quística grave . [26] Los cultivos de las vías respiratorias para M. abscessus se volvieron negativos después de aproximadamente 100 días de tratamiento combinado con fagos y antibióticos, y una variedad de biomarcadores confirmaron la respuesta terapéutica. El individuo recibió un trasplante de pulmón bilateral después de 379 días de tratamiento y los cultivos del tejido pulmonar explantado confirmaron la erradicación de la bacteria. [ cita necesaria ]