Micobacteriófago

Un micobacteriófago es un miembro de un grupo de bacteriófagos que tienen a las micobacterias como especies bacterianas hospedadoras. Si bien originalmente se aislaron de las especies bacterianas Mycobacterium smegmatis y Mycobacterium tuberculosis , ^{[ 2 ]} el agente causal de la tuberculosis , desde entonces se han aislado más de 4200 especies de micobacteriófagos de diversas fuentes ambientales y clínicas. Se han secuenciado completamente 2042. ^{[ 3 ]} Los micobacteriófagos han servido como ejemplos de lisogenia viral y de la morfología divergente y la disposición genética características de muchos tipos de fagos. ^{[ 4 ]}

Todos los micobacteriófagos encontrados hasta ahora 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 se descubrió que infectaba a Mycobacterium smegmatis en 1947 fue el primer ejemplo documentado de un micobacteriófago. Se encontró en cultivos de la bacteria que originalmente crecían en compost húmedo . ^{[ 6 ]} El primer bacteriófago que infecta a M. tuberculosis se descubrió en 1954. ^{[ 7 ]}

Se han aislado miles de micobacteriófagos utilizando una única cepa huésped, Mycobacterium smegmatis mc2155, de los cuales más de 1400 han sido secuenciados completamente. ^{[ 3 ]} Estos provienen principalmente de muestras ambientales, pero también se han aislado micobacteriófagos de muestras de heces de pacientes con tuberculosis , ^{[ 8 ]} aunque estas aún no han sido secuenciadas. ^{[ 9 ]} Se han identificado alrededor de 30 tipos distintos (llamados clústeres, o singletons si no tienen parientes) que comparten poca similitud en la secuencia de nucleótidos. Muchos de los clústeres abarcan suficiente diversidad como para que los genomas justifiquen la división en subgrupos (Figura 1). ^{[ 9 ]}

También existe una variación considerable en el contenido total de guanina más citosina (GC%), desde el 50,3% hasta el 70%, con un promedio del 64% ( M. smegmatis tiene un 67,3%). Por lo tanto, el GC% del fago no necesariamente coincide con el de su huésped, y la consiguiente discrepancia en los perfiles de uso de codones no parece ser perjudicial. Dado que aún se están descubriendo nuevos micobacteriófagos que carecen de una amplia similitud de ADN con la colección existente, y como hay al menos siete individuos únicos para los que no se han aislado parientes, es evidente que aún no hemos saturado la diversidad de esta población en particular. ^{[ 9 ]}

La colección de más de 50 000 genes se puede clasificar en más de 3900 grupos (denominados 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 es desconocida. Estudios genéticos con el micobacteriófago Giles muestran que el 45 % de los genes no son esenciales para el crecimiento lítico . ^{[ 10 ]}

A mayo de 2023, el sitio web PhagesDB enumera 12579 micobacteriófagos reportados, de los cuales 2257 han sido secuenciados. Alrededor de un tercio de los fagos secuenciados pertenecen al clúster "A", que contiene L5. ^{[ 11 ]}

El análisis del rango de hospedadores muestra que no todos los micobacteriófagos de M. smegmatis infectan otras cepas y solo los fagos del Clúster K y de ciertos subgrupos del Clúster A infectan eficientemente a M. tuberculosis (Figura 1). ^{[ 15 ]} Sin embargo, se pueden aislar fácilmente mutantes de algunos fagos que amplían su rango de hospedadores para infectar estas otras cepas. ^{[ 15 ]} No obstante, la base molecular del rango de hospedadores depende del comportamiento y la presencia de genes específicos. Esto aumenta la probabilidad de una correlación entre las familias de genes y el hospedador preferido. ^{[ 15 ]}

Los mecanismos de infección por micobacteriófagos no se comprenden completamente, ya que involucran diversos procesos, como la disponibilidad de receptores, la restricción-modificación, la infección abortiva, entre otros. Estos mecanismos pueden estar mediados por procesos como las repeticiones palindrómicas cortas espaciadas y agrupadas (CRISPR) y la modificación del aparato de traducción. 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 poseen genomas altamente mosaico . Sus secuencias genómicas 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 la forma en que los fagos pueden contribuir a la patogenicidad bacteriana . ^{[ 17 ]}

Se aislaron 60 micobacteriófagos y se secuenciaron sus genomas en 2009. Estas secuencias genómicas se agruparon en clústeres mediante diversos métodos para determinar las similitudes entre los fagos y explorar su diversidad genética . Más de la mitad de las especies de fagos se encontraron originalmente en Pittsburgh, Pensilvania , o sus alrededores, aunque otras se hallaron en otras localidades de Estados Unidos, India y Japón. No se encontraron diferencias significativas en los genomas de las especies de micobacteriófagos de distintos orígenes geográficos. ^{[ 18 ]} Se ha descubierto que los genomas de los micobacteriófagos contienen un subconjunto de genes que experimentan un flujo genético más rápido que otros elementos del genoma. Estos genes de "flujo rápido" se intercambian entre micobacteriófagos con mayor frecuencia y su secuencia es un 50 % más corta que la del gen promedio de un micobacteriófago. ^{[ 18 ]}

Históricamente, los micobacteriófagos se han utilizado para "tipificar" (es decir, "diagnosticar") las micobacterias, ya que cada fago infecta solo una o unas pocas cepas bacterianas. ^{[ 19 ]} En la década de 1980, se descubrió que los fagos eran herramientas para manipular genéticamente a sus huéspedes. ^{[ 20 ]} Por ejemplo, el fago TM4 se utilizó para construir fásmidos lanzadera que se replican como grandes cósmidos en Escherichia coli y como fagos en micobacterias. ^{[ 21 ]}

Los fagos con huéspedes micobacterianos pueden ser especialmente útiles para comprender y combatir las infecciones micobacterianas en humanos. Se ha desarrollado un sistema que utiliza micobacteriófagos portadores de un gen reportero para detectar la resistencia a los antibióticos en cepas de M. tuberculosis . ^{[ 22 ]} En el futuro, los micobacteriófagos podrían utilizarse para tratar infecciones mediante fagoterapia . ^{[ 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 e infección diseminada por M. abscessus subsp. massiliense que se produjo después de un trasplante de pulmón. ^{[ 25 ]} La paciente tuvo 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 infección pulmonar por M. abscessus subsp. abscessus refractaria al tratamiento   y enfermedad pulmonar grave por fibrosis quística . Los cultivos de las vías respiratorias para M. abscessus resultaron 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 bilateral de pulmón después de 379 días de tratamiento, y los cultivos del tejido pulmonar explantado confirmaron la erradicación de la bacteria. ^{[ 26 ]}

• Base de datos de micobacteriófagos