¿Hablas en virus?

 Los fagos pueden entender las señales químicas dejadas por sus antecesores para así decidir si matar o sólo infectar a sus víctimas

Fuente: Nature, Animated Healthcare Ltd./SPL

El descubrimiento en fagos que atacan a bacterias del género Bacillus, es un hito en la ciencia porque es la primera vez que se descubre un sistema de comunicación entre virus. Ahora se espera que sistemas similares se encuentren en otros virus, quizás con distintos lenguajes, quizás en virus responsables de enfermedades humanas. Si esto es así se podría utilizar ese conocimiento para desmantelar los ataques víricos a las células humanas. Y como todas las grandes historias ocurrió por casualidad. El equipo de Rotem Sorek, microbiólogo del Weizmann Institute of Science en Rehovot, Israel, publicó su descubrimiento en la revista Nature el 18 de enero de este año. El equipo de Sorek buscaba pruebas de como las bacterias Bacillus podía alertarse entre si de que estaban siendo infectadas por fagos. Ellos ya sabían que las bacterias pueden “hablar” químicamente entre si secretando varios compuestos químicos. Este fenómeno se llama “quorum sensing” que traducido al español sería como “percepción de quorum”, pero este nombre dice poco. Quorum sensing sería una pregunta tipo “¿Cuántos somos?” De esta manera las bacterias pueden tener una percepción de si son muchas o pocas para según que comportamientos sociales, como por ejemplo decidir si deben o no dividirse o cuando empezar una infección. Buscando ver cómo las bacterias se comunicaban entre si, se encontraron, con sorpresa, que los virus que invadían a las bacterias Bacillus, un tipo de fago llamado phi3T, producía un producto químico que influenciaba el comportamiento de otros virus phi3T.

Hasta ahora se sabía que los virus podían infectar de dos formas diferentes

Algunos fagos se pueden comportar, cuando infectan a una bacteria, de dos maneras distintas. Por un lado pueden infectar a la célula, empezar a dividirse y cuando la pobre bacteria esté ya en las últimas reventarla desde dentro y salir todos a buscar nuevas bacterias que infectar. La otra manera de comportarse es menos violenta y más sibilina. Cuando el fago introduce su ADN dentro de la bacteria, el ADN del fago en vez de empezar a copiarse a si mismo lo que hace es insertarse dentro del ADN de las bacterias. Esto lo hacen muchos virus, incluso virus que infectan a los humanos como el herpes simple, el que produce calenturones en los labios. El herpes simple también introduce su ADN en el ADN de nuestras neuronas. Cuando estamos estresados el virus salta del ADN de las neuronas se reproduce y se traslada a los labios, produciendo el calenturon, para así, por medio de comida compartida, o por medio de besos, trasladarse a otro hospedador, a otra persona, que esté menos estresada. El fago hace exactamente lo mismo, se introduce en la célula y su ADN se mete enmedio del ADN de la bacteria hasta que siente que la bacteria está en peligro. En ese momento sale del ADN de la bacteria y se pone a dividirse hasta que deja exhausta a la bacteria. En ese momento la revienta por dentro y salen cientos de copias a buscar nuevas bacterias en las que vivir.

Los dos comportamientos infecciosos de los bacteriófagos (fagos): ciclo lítico (pasos 1; 2; 3a y 4a) y ciclo lisogénico (pasos 2; 3b, 4b y 5).  En el paso 1 el fago se ancla a la pared de la célula bacteriana e inyecta su ADN en el interior de la bacteria. En el paso 2 el ADN del fago decide si entra en el ciclo lítico (el que revienta la célula bacteriana) o lisogénico. Es aquí donde la proteína arbitrium ejerce su actividad. Si no hay proteína arbitrium entonces el ADN del fago comienza a copiarse a si mismo y a producir proteínas necesarias para armar nuevos fagos. En el paso 3a la bacteria es reventada desde dentro por enzimas producidas por el fago y así, en el paso 4a, se liberan para poder infectar nuevas células. Los pasos 3b y 4b, son los pasos del ciclo lisogénico. En 3b vemos como el ADN del fago, en rojo, se introduce en el genoma de la bacteria. Se convierte en un fago durmiente, lo mismo que las células terroristas durmientes. A estos fagos se les llama profagos y se reproducen cada vez que el ADN de la bacteria se reproduce. Bajo ciertas condiciones de estrés, el ADN del profago se separa del ADN de la bacteria e inicia el ciclo lítico. (Copyright of E.V. Orlova) 

Los virus se preocupan por los virus que vienen detrás de ellos

El equipo primero añadió fagos phi3T a un frasco que contenía bacterias Bacillus subtilis, una bacteria que se utiliza mucho en los laboratorios, casi tan famosa como la Escherichia coli. El fago mataba a todas las bacterias. Ahora lo que hicieron fue filtrar el medio de cultivo eliminando bacterias y fagos, dejando sólo el medio de cultivo. Este medio lo utilizaron para crecer nuevas Bacillus subtilis. Cuando ya había una cantidad considerable de estas bacterias añadieron nuevos fagos phi3T. La sorpresa fue que los fagos en vez de infectar y matar a las bacterias lo que hicieron fue, infectarlas e introducir su ADN en el ADN de las bacterias. Conclusión: los virus que habían matado por primera vez a las bacterias habían dejado algo químico en el medio que cuando se usó por segunda vez les dijo a los nuevos fagos: mejor no matéis a las bacterias e introducir vuestro ADN en el suyo. El equipo de investigación, que no conocía aún este producto químico por lo que lo llamaron “arbitrium”, decisión en latín, y se pusieron a buscarlo.

El experimento realizado es elegante por lo sencillo. Paso 1: ponemos a crecer a Bacillus subtilis en un medio de cultivo fresco. 2: Cuando la bacteria está crecida en un número alto añadimos el fago phi3T que infecta a la bacteria. 3: el fago lisa (destruye) a casi todas las bacterias por lo que el medio de cultivo ahora se ve otra vez transparente. Los investigadores filtran para eliminar todas las bacterias y virus de ese medio usado que utilizan para volver a crecer Bacillus subtilis de nuevo (paso 4). Vuelve a añadir el fago phi3T, esperando ver como vuelve a destruir a las bacterias pero... ¡SORPRESA! paso 6, los fagos no lisan a las bacterias, se introducen dentro de ellas y se quedan temporalmente inactivos.

Después de dos años y medio de búsqueda, Sorek y el estudiante graduado Zohar Erez descubrieron que arbitrium era una proteína pequeña producida por el fago. Esta proteína se producía poco a poco después de la muerte de la bacteria. Cuando los niveles de arbitrium eran elevados porque había muchas bacterias muertas, los fagos paraban de matar las pocas bacterias que quedaban y su estrategia cambiaba, en vez de matarlas lo que hacía eran introducir su ADN en el ADN de las bacterias restantes para permanecer dentro de ellas como “virus durmientes”. Sorek, Erez y sus colegas identificaron otras dos proteínas producidas por phi3T que medían los niveles de arbitrium y de esa manera cambiaban la manera en la que el virus decidía que tipo de infección realizar. La lógica de este sistema de comunicación es el siguiente: cuando el fago se está quedando sin hospedador, lo que hace es limitar su capacidad de destrucción e introducirse en el ADN de la bacteria para permanecer quieto y callado hasta que la bacteria vuelva a crecer en grandes números.

 Cada familia de virus tiene su propio idioma

El equipo de Sorek ha visto que existe más de 100 sistemas basados en arbitrium en los genomas de otros virus de Bacillus. Esto quiere decir que los virus tienen distintos idiomas y que ellos sólo escuchan el idioma que les interesa.
Para los virus humanos se abre también una nueva línea de investigación. Por ejemplo, el HIV y los herpes también pueden causar los dos tipos de infecciones: la infección activa y la latente. Si se encuentra una molécula que haga que los virus se vuelvan latentes podría ser un buen medicamento.

"La vera ricchezza de un bacteriofago sono i fligli!"

Comunicarse entre ellos los vuelve todavía más poderosos

Si a un individuo le permitimos disfrutar de las ventajas de estar en un grupo entonces gana en poder Tengo en mente la frase de la mafia que dice "Si me pegas a mi, nosotros te pegamos". Este simple algoritmo hace que un individuo cualquiera, al estar dentro de un grupo se vuelva más poderoso que un individuo cualquiera.

De manera más cañí, en España algunas obras están vigiladas por gitanos. ¿Qué ventaja tiene que tu obra la vigilen gitanos? que si le pegas a uno le pegas a todos.

Dadas las similitudes que tienen los virus biológicos con los virus informáticos no dudo que en breve tendremos virus informáticos con comportamientos de grupo.

Pueden elegir, con conciencia, entre ser competitivos o ser agresivos

Tengo que reconocer mi ignorancia. Pensaba, y creo que equivocadamente, que la transmisión era lo más importante para un virus. Mi idea mental de un virus era el de una entidad biológica cuyo único fin era saltar de un hospedador a otro. Este modelo, en el que los fagos dejan un rastro químico que condiciona la estrategia del virus, amplía mi visión de los mismos. Un zasca en toda la boca.

Si hay muchos hospedadores (muchas bacterias a las que depredar) el virus tiene una estrategia competitiva, una estrategia que hace que la selección natural vaya seleccionando a aquellos virus que hagan más copias de si mismo en el menor tiempo. Sin embargo, cuando hay pocos hospedadores, la proteína arbitrium cambia la estrategia a cooperativa: el fago se integra en el ADN de la bacteria y forma parte de la misma. Sabemos que el ADN de los fagos es portador de genes de toxina antitoxina. Esto permite que las bacterias no puedan vivir sin esos genes del fago, y también, y esto es pura cooperación y simbiosis, este tipo de genes toxina antitoxina evita que otros virus entren en la bacteria. Esta ventaja es tan interesante que mucho de estos genes de fagos han acabado por ser parte de los cromosomas de las bacterias como por ejemplo el sistema mazEF, o el chpBIK, relBE etc.

Todo indica que debemos de cambiar nuestra manera de pensar y admitir que los virus son seres vivos. Tienen un comportamiento sofisticado y han evolucionado a partir de un mismo ancestro común al igual que las células de animales y plantas