Nueva investigación dirigida por la UMBC en Frontiers in Microbiology sugiere que los virus están utilizando información de su entorno para "decidir" cuándo permanecer dentro de sus anfitriones y cuándo multiplicarse y explotar, matando a la célula anfitriona. El trabajo tiene implicaciones para el desarrollo de fármacos antivirales.

La capacidad de un virus para detectar su entorno, incluidos los elementos producidos por su huésped, agrega "otra capa de complejidad a la interacción viral-huésped", dice Ivan Erill, profesor de ciencias biológicas y autor principal del nuevo artículo. En este momento, los virus están explotando esa capacidad en su beneficio. Pero en el futuro, dice, "podríamos explotarlo en detrimento de ellos".

No es una coincidencia

El nuevo estudio se centró en los bacteriófagos, virus que infectan bacterias, a menudo denominados simplemente "fagos". Los fagos en el estudio solo pueden infectar a sus huéspedes cuando las células bacterianas tienen apéndices especiales, llamados pili y flagelos, que ayudan a las bacterias a moverse y aparearse. Las bacterias producen una proteína llamada CtrA que controla cuándo generan estos apéndices. El nuevo artículo muestra que muchos fagos dependientes de apéndices tienen patrones en su ADN donde la proteína CtrA puede unirse, llamados sitios de unión. Un fago que tiene un sitio de unión para una proteína producida por su huésped es inusual, dice Erill.

Aún más sorprendente, Erill y el primer autor del artículo, Elia Mascolo, Ph.D. estudiante en el laboratorio de Erill, descubrió a través de un análisis genómico detallado que estos sitios de unión no eran exclusivos de un solo fago, o incluso de un solo grupo de fagos. Muchos tipos diferentes de fagos tenían sitios de unión a CtrA, pero todos requerían que sus huéspedes tuvieran pili y/o flagelos para infectarlos. No podía ser una coincidencia, decidieron.

La capacidad de monitorear los niveles de CtrA "ha sido inventada varias veces a lo largo de la evolución por diferentes fagos que infectan a diferentes bacterias", dice Erill. Cuando especies relacionadas de forma lejana muestran un rasgo similar, se denomina evolución convergente e indica que el rasgo definitivamente es útil.

El tiempo lo es todo

Otro problema en la historia:el primer fago en el que el equipo de investigación identificó los sitios de unión de CtrA infecta a un grupo particular de bacterias llamadas Caulobacterales. Caulobacterales son un grupo de bacterias especialmente bien estudiado, porque existen en dos formas:una forma de "enjambre" que nada libremente y una forma de "acecho" que se adhiere a una superficie. Los enjambres tienen pili/flagelos y los tallos no. En estas bacterias, CtrA también regula el ciclo celular, determinando si una célula se dividirá uniformemente en dos más del mismo tipo celular, o se dividirá asimétricamente para producir una célula enjambre y una célula tallo.

Debido a que los fagos solo pueden infectar células swarmer, lo mejor para ellos es salir de su huésped cuando hay muchas células swarmer disponibles para infectar. Generalmente, las Caulobacterales viven en ambientes pobres en nutrientes y están muy dispersas. "Pero cuando encuentran un buen bolsillo de microhábitat, se convierten en células acechadas y proliferan", dice Erill, y eventualmente producen grandes cantidades de células enjambre.

Entonces, "suponemos que los fagos están monitoreando los niveles de CtrA, que suben y bajan durante el ciclo de vida de las células, para determinar cuándo la célula pululante se convierte en una célula tallo y se convierte en una fábrica de pululadores", dice Erill, "y en ese momento, revientan la celda, porque habrá muchos swarmers cerca para infectar".

Escuchando

Desafortunadamente, el método para probar esta hipótesis requiere mucho trabajo y es extremadamente difícil, por lo que no fue parte de este último artículo, aunque Erill y sus colegas esperan abordar esa pregunta en el futuro. Sin embargo, el equipo de investigación no ve otra explicación plausible para la proliferación de sitios de unión de CtrA en tantos fagos diferentes, todos los cuales requieren pili/flagelos para infectar a sus huéspedes. Aún más interesantes, señalan, son las implicaciones para los virus que infectan a otros organismos, incluso a los humanos.

"Se ha demostrado que todo lo que sabemos sobre los fagos, cada una de las estrategias evolutivas que han desarrollado, se traduce en virus que infectan plantas y animales", dice. "Es casi un hecho. Entonces, si los fagos están escuchando a sus anfitriones, los virus que afectan a los humanos seguramente estarán haciendo lo mismo".

Hay algunos otros ejemplos documentados de fagos que monitorean su entorno de maneras interesantes, pero ninguno incluye tantos fagos diferentes que emplean la misma estrategia contra tantos huéspedes bacterianos.

Esta nueva investigación es la "primera demostración de amplio alcance de que los fagos están escuchando lo que sucede en la célula, en este caso, en términos de desarrollo celular", dice Erill. Pero más ejemplos están en camino, predice. Los miembros de su laboratorio ya han comenzado a buscar receptores para otras moléculas reguladoras bacterianas en los fagos, dice, y los están encontrando.

Nuevas vías terapéuticas

La conclusión clave de esta investigación es que "el virus está usando inteligencia celular para tomar decisiones", dice Erill, "y si está sucediendo en bacterias, es casi seguro que está sucediendo en plantas y animales, porque si es una estrategia evolutiva que tiene sentido, la evolución lo descubrirá y lo explotará".

Por ejemplo, para optimizar su estrategia de supervivencia y replicación, un virus animal podría querer saber en qué tipo de tejido se encuentra o qué tan robusta es la respuesta inmune del huésped a su infección. Si bien puede ser inquietante pensar en toda la información que los virus podrían recopilar y posiblemente usar para enfermarnos más, estos descubrimientos también abren caminos para nuevas terapias.

"Si está desarrollando un medicamento antiviral y sabe que el virus está escuchando una señal en particular, entonces tal vez pueda engañar al virus", dice Erill. Sin embargo, eso está a varios pasos de distancia. Por ahora, "Estamos empezando a darnos cuenta de cuán activamente los virus nos vigilan, cómo están monitoreando lo que sucede a su alrededor y tomando decisiones basadas en eso", dice Erill. "Es fascinante." + Explora más

Algunos microbios acechan hasta que sus anfitriones, sin saberlo, les dan la señal para comenzar a multiplicarse y matarlos