La cola monstruosa del virus Rapunzel: nuevo descubrimiento en la lucha contra las bacterias

Esta cola le permite penetrar e infectar bacterias resistentes, incluso en aguas termales. Los científicos utilizaron técnicas de imagen y simulaciones por ordenador para conocer mejor la estructura de la cola de este fago

Como Rapunzel en el famoso cuento de hadas, el virus Rapunzel tiene una cola extremadamente larga. Pero eso no es lo único especial de este bacteriófago.

Los bacteriófagos son virus que atacan a las bacterias. El bacteriófago Rapunzel no solo tiene una larga cola, sino que también prospera en agua caliente y atrapa a las bacterias que viven en este cruel ecosistema.

Están por todas partes

Los virus son increíblemente pequeños: caben de docenas a cientos de veces dentro de una bacteria o célula corporal media. Invaden una célula huésped y se duplican varias veces, hasta que la célula se desintegra y los virus son liberados. Los bacteriófagos son una rama importante dentro del reino de los virus. Infectan bacterias, se multiplican y acaban destruyendo a su huésped. Son muy diversos y están presentes en todas partes. Algunos incluso nos protegen de las bacterias dañinas.

“Los bacteriófagos, o fagos para abreviar, están en todas partes donde hay bacterias. Están en la suciedad y el agua que nos rodea y también en el ecosistema microbiano de nuestro propio cuerpo”, afirma la investigadora principal, Emily Agnello, de la Universidad de Massachusetts. La mayoría de los virus que infectan a seres humanos y animales constan de una sola parte, pero los fagos tienen una cola característica unida a una cubierta proteica espinosa en forma de prisma que almacena material de ADN.

Como Rapunzel, la del cuento

Las colas de los fagos varían en longitud y estilo. Algunas son largas y flexibles, mientras que otras son más cortas y rígidas. En la mayoría de los fagos, las colas son microscópicas y cortas, pero eso no puede decirse del “bacteriófago Rapunzel” P74-26, que tiene una cola de casi un micrómetro de longitud, diez veces más larga que la mayoría de los fagos y tan gruesa como algunos tipos de seda de araña. Para quienes no estén tan familiarizados con los cuentos de los hermanos Grimm, el apodo de Rapunzel procede del cuento de hadas en el que una malvada bruja encierra en una torre a una niña con el pelo larguísimo. Ella atrae a un príncipe con su canto y le hace subir por su pelo.

Cola extremadamente larga

El investigador Brian Kelch describe el P74-26 como un fago con una “cola monstruosa”. Las colas de los fagos tienen una función importante: el virus utiliza la cola para atravesar la sustancia espesa y viscosa de la que está hecho el caparazón de una bacteria. Gracias a su larga cola, el P74-26 puede penetrar e infectar las bacterias más resistentes. El virus destaca no solo por su larguísima cola, sino también por su estabilidad. Así, consigue incluso hacerse con las resistentes bacterias que viven en aguas termales, donde las temperaturas pueden superar los 80 grados.

Gracias al microscopio crioelectrónico

“Cada cola de fago consta de todos los pequeños bloques de construcción que forman un tubo largo. Nuestra investigación demuestra que estos bloques de construcción cambian de forma cuando se juntan”, explica Agnello. “Este comportamiento es importante para que los bloques de construcción encajen y creen la estructura correcta del tubo de la cola”. Agnello y su equipo emplearon potentes técnicas de imagen y simulaciones por ordenador para conocer mejor la maravillosa cola. “Usamos un microscopio crioelectrónico. Se trata de un microscopio gigante que puede tomar miles de imágenes y vídeos con un enorme aumento. Al hacer zoom en los tubos de la cola del fago y apilarlos unos sobre otros, pudimos averiguar exactamente cómo encajan estos bloques de construcción. Resultó que se apoyan unos en otros de una manera específica y se estabilizan de esta forma”.

Como los ladrillos de Lego, pero microscópicos

Los investigadores descubrieron que P74-26 emplea un mecanismo de “bola y cuenco” para reforzar su cola. “Pienso en estos bloques de construcción de fagos como una especie de ladrillos de Lego”, dice Kelch. “Son como ladrillos de Lego microscópicos con tacos en un lado y agujeros o cuencas en el otro, que encajan de maravilla. Imagínese unos ladrillos de Lego con los agujeros cerrados al principio. Pero cuando empiezas a construir con los ladrillos, se abren y puedes seguir construyendo la cola”.

Una alternativa a los antibióticos

Continúa el investigador: “Tenemos la idea de que los bloques de construcción de algún virus antiguo se fusionaron en una proteína en un momento anterior de la evolución, como si dos pequeños ladrillos de Lego se convirtieran en un ladrillo grande sin costuras”. De hecho, la cola del P74-26 está formada por grandes y sólidos bloques de construcción. “Creemos que esta es una razón importante de su excepcional estabilidad, incluso a altas temperaturas”. Los investigadores planean ahora manipular genéticamente el virus para cambiar la longitud de la cola del fago y ver qué ocurre entonces. Los fagos pueden ser útiles en todo tipo de sectores, desde la sanidad a la conservación del medio ambiente y la seguridad alimentaria. Los fagos de cola larga, como el P74-26, ya se utilizan en ensayos clínicos para tratar ciertas infecciones bacterianas. En algunas universidades ya se están llevando a cabo investigaciones fundamentales sobre los bacteriófagos como posible alternativa a los antibióticos.

“Estudiando los componentes básicos de los bacteriófagos y la forma en que se construyen, comprendemos cada vez mejor la interacción entre virus y bacterias. Con el tiempo, esto podría dar lugar a métodos de tratamiento más eficaces basados en los fagos. Creo que estudiar cosas únicas e interesantes puede dar lugar a inventos y aplicaciones que hoy ni siquiera podemos imaginar”, concluye Agnello.

Más información sobre los bacteriófagos

Los bacteriófagos, también conocidos como “fagos” o “virus bacterianos”, son virus que infectan y se replican dentro de bacterias. Los fagos son muy diversos en su estructura y ciclo de vida, pero en general, consisten en un genoma de ADN o ARN rodeado por una cápside proteica que les permite unirse a una célula bacteriana y penetrar en su interior. Una vez dentro de la célula, el genoma del fago se replica y se ensambla para producir nuevos virus, que finalmente se liberan al exterior de la célula al romperla.

Los bacteriófagos son abundantes en la naturaleza y se pueden encontrar en todos los ambientes donde hay bacterias, como en el suelo, el agua, el aire y los organismos vivos. Algunos fagos tienen propiedades que los hacen útiles para la biotecnología y la medicina, como su capacidad para matar bacterias específicas, lo que los convierte en potenciales agentes antimicrobianos.

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