Un equip internacional liderat des de l'Institut de Biomedicina de València (IBV-CSIC) i l'Imperial College London, amb la participació de la Universitat CEU Cardenal Herrera, ha posat de manifest que els fagos o bacteriòfags —virus que infecten bacteris— podrien desenrotllar comportaments socials entre espècies mitjançant xicotetes molècules missatgeres denominades pèptids. Els resultats, publicats en la revista Cell, demostren per primera vegada que la comunicació mitjançant pèptids no es limita a fagos del mateix llinatge o de la mateixa espècie, sinó que també funciona entre espècies distintes, la qual cosa permet als virus coordinar decisions fonamentals per a la seua supervivència de manera col·lectiva.

Encara que ja se sabia que organismes simples com els bacteris utilitzen sistemes de comunicació, la troballa que els virus també ho fan és relativament recent, i fins ara s'assumia que només eren capaços de respondre a senyals procedents de la seua pròpia espècie. El nou treball trenca este paradigma en demostrar per primera vegada que els fagos poden reconéixer i respondre als senyals de pèptids produïdes per virus no relacionats. “La troballa d'este fenomen, denominat cross-talk o comunicació creuada, ens ha permés confirmar que uns certs pèptids s'unixen amb gran afinitat a receptors de fagos no relacionats, activant o desactivant rutes que determinen si el virus seguirà un cicle lític o lisogénico”, explica Alberto Marina, investigador de l'IBV-CSIC que lidera l'estudi i coordinador de la Connexió Resistència Antimicrobians del CSIC.

Els conceptes de lisis i lisogenia descriuen les dos estratègies dels bacteriòfags per a infectar als bacteris. En el cicle lític, després de contagiar al bacteri, els fagos es multipliquen ràpidament fins a destruir a la cèl·lula infectada. En el lisogénico, el genoma viral s'integra en el bacteri sense danyar-la, romanent en ella latent durant generacions. Els virus en estat lisogénico poden rebre un senyal activador i passar al cicle lític, destruint la cèl·lula hospedadora en un procés conegut com a inducció.

En cultius mixtos —assajos de laboratori on conviuen diferents tipus de virus en un mateix entorn—, l'equip investigador ha observat com el llenguatge comú compartit pels fagos modifica la dinàmica de la lisogenia i la inducció. Per tant, la comunicació creuada descoberta en este treball suposa una ferramenta essencial en les decisions que prenen els fagos de manera col·lectiva per a garantir la seua supervivència.

El treball també demostra que la comunicació creuada pot desenrotllar-se entre bacteriòfags que infecten diferents espècies bacterianes, la qual cosa té implicacions rellevants per a comprendre com funcionen les comunitats microbianes. És a dir, el llenguatge compartit pels virus és tan universal que permet a un ‘fago A’ comunicar-se amb un ‘fago B’ per a coordinar estratègies de contagi, fins i tot si cada un decidix infectar a un bacteri distint. “Les dades estructurals revelen que canvis mínims, com una sola mutació en un pèptid, poden activar o bloquejar la comunicació, generant diferents dialectes d'este llenguatge que només un grup de fagos comprén. Això suggerix un mecanisme evolutiu molt fi per a modular estes interaccions”, explica la doctora Francisca Gallego del Sol, investigadora de l'IBV-CSIC i primera firmant del treball.

Per a desxifrar este llenguatge i confirmar que els diferents virus es comuniquen entre si, l'equip ha utilitzat un enfocament multidisciplinari que combina tècniques de biologia estructural mitjançant rajos X i anàlisis biofísiques realitzades en l'IBV‑CSIC, juntament amb experiments amb virus modificats genèticament en cultius cel·lulars duts a terme en l'Imperial *College de Londres i la Universitat CEU Cardenal Herrera. Gràcies a esta combinació de mètodes, ha sigut possible comprendre com funciona esta comunicació, des del nivell atòmic fins a les seues possibles conseqüències en l'ecosistema.

La troballa suposa un autèntic canvi de paradigma en demostrar que els fagos poden comunicar-se amb virus que no són descendents ni pertanyen a la seua mateixa espècie. Segons els autors, esta capacitat obri la porta a l'estudi de comportaments socials entre fagos, i suggerix que la comunicació viral en entorns naturals podria exercir un paper molt més ampli del que s'havia imaginat. A més, comprendre com dialoguen estos virus pot servir per a generar ferramentes que permeten controlar comunitats bacterianes mitjançant la manipulació del seu llenguatge molecular compartit.

El treball, que aporta una visió integral del fenomen mitjançant un enfocament que combina bioquímica, biologia estructural, genètica, ecologia microbiana i modelització evolutiva, representa el punt de partida sobre el qual es va donar suport al projecte TalkingPhages, finançat amb una selectiva ajuda Synergy Grant del Consell Europeu d'Investigació (ERC, European Research Council).

Futures aplicacions de la comunicació creuada

Els autors destaquen que desxifrar com es comuniquen els fagos per a infectar als bacteris permetrà dissenyar noves ferramentes d'utilitat en estratègies terapèutiques o biotecnològiques mitjançant la interrupció o la modificació del llenguatge compartit per estos virus.

“Pot donar lloc al desenrotllament de noves estratègies antibacterianes mitjançant la manipulació de senyals de comunicació viral; o al disseny de fagos terapèutics intel·ligents capaços de canviar el seu comportament segons els senyals presents en una infecció. A més, podria servir per a controlar microbiomes industrials, ambientals o clínics mitjançant la modulació de la comunicació entre bacteris i fagos; i per a desenrotllar futures ferramentes biotecnològiques basades en pèptids capaços d'activar o silenciar poblacions de fagos”, expliquen els investigadors de l'IBV-CSIC.

En resum, l'estudi reforça el nostre coneixement sobre la comunicació, comportament i evolució dels fagos, la qual cosa permetrà comprendre millor com evolucionen les comunitats microbianes, incloent-hi el seu impacte en patògens o en la resistència als antibiòtics tradicionals.

CELL