Un estudi de l'I2SysBio revela com uns certs virus evolucionen i s'adapten per a infectar nous bacteris

Un estudi de l'Institut de Biologia Integrativa de Sistemes (I2SysBio), centre del Consell Superior d'Investigacions Científiques (CSIC) i la Universitat de València (UV) situat en el Parc Científic de la Universitat de València (PCUV), revela com uns certs virus anomenats fagos que només infecten bacteris modifiquen algunes de les seues proteïnes i compartixen fragments del seu material genètic per a poder travessar la capa protectora (càpsula) que envolta a molts bacteris i els impedix l'entrada. Esta troballa obri la porta a dissenyar teràpies amb fagos més eficaces contra infeccions provocades per bacteris resistents a antibiòtics.

La investigació, liderada per Celia Ferriol-González i Pilar Domingo-Calap, revela el mecanisme evolutiu que permet als fagos (virus amb interés terapèutic) infectar bacteris resistents a diversos antibiòtics. Els resultats d'este estudi, publicat en PLOS Biology, obrin noves vies per a desenrotllar teràpies més eficaces enfront d'estos bacteris multiresistents, en augment.

Els fagos, també anomenats bacteriòfags, infecten bacteris i les destruïxen. Són presents en tots els ecosistemes i són considerats una ferramenta prometedora per a combatre bacteris resistents als antibiòtics. Este treball analitza com s'adapten per a atacar diferents espècies de bacteris del gènere Klebsiella, responsables d'infeccions hospitalàries greus i amb una gran resistència als antibiòtics, per la qual cosa figuren en la llista de patògens prioritaris de l'Organització Mundial de la Salut (OMS).

“Els fagos que infecten Klebsiella són de gran interés per l'amenaça que representa este bacteri en entorns clínics. Comprendre com evolucionen i s'adapten és fonamental per a desenrotllar teràpies basades en fagos més eficaces i personalitzades per a cada pacient”, Celia Ferriol-González, investigadora de l'I2SysBio 

Estos bacteris compten amb una espècie d'escut extern que les protegix, anomenat càpsula, que varia molt segons la variant dins de la mateixa espècie (cep) i actua com a barrera contra l'entrada dels fagos i també limita l'eficàcia dels antibiòtics. Estudis previs del grup de Virologia Ambiental i Biomèdica de l'I2SysBio, liderat per Pilar Domingo-Calap, van demostrar en dos investigacions que la majoria dels fagos de Klebsiella depenen de la càpsula per a poder atacar als bacteris, infectant un o pocs tipus capsulars generalment.

Distintes estratègies

Per a infectar, alguns fagos necessiten reconéixer la càpsula del bacteri. Els anomenats fagos especialistes ataquen només un tipus concret de càpsula, mentres que els generalistes poden infectar ceps amb diferents càpsules. Per al seu atac, els fagos utilitzen proteïnes especialitzades, anomenades d'unió al receptor, que reconeixen els receptors virals en la superfície dels bacteris. Este estudi demostra que estes proteïnes són molt més “flexibles” en els fagos generalistes, la qual cosa els permet evolucionar ràpidament i atacar múltiples tipus capsulars. En canvi, els fagos especialistes tenen proteïnes més rígides, que limiten la seua capacitat d'adaptació.

"L'ús de fagos com a teràpia està cada vegada més en auge, però encara queda molt per entendre. Conéixer els mecanismes d'interacció fago-bacteri, l'evolució i adaptació viral, i la forma en què estes interaccions afecten l'equilibri i la diversitat de les comunitats microbianes, permetrà dissenyar tractaments més eficaços", Pilar Domingo-Calap, investigadora de l'I2SysBio i cofundadora d'Evolving Therapeutics

L'estudi també demostra que els fagos poden recombinar parts del seu genoma incloses proteïnes clau, la qual cosa accelera la seua adaptació a la gran varietat de càpsules que presenten els bacteris i els permet infectar nous ceps. “La dificultat de l'assaig va ser seguir l'evolució de distints fagos en una mateixa comunitat viral i la seua adaptació a un entorn complex amb molts bacteris i tipus de càpsula”, explica Celia Ferriol-González, coautora de l'article. Esta troballa obri noves vies per a teràpies basades en fagos contra infeccions resistents, un problema creixent en salut pública.

Tractaments més eficaços 

“Els fagos que infecten Klebsiella són de gran interés per l'amenaça que representa este bacteri en entorns clínics. Comprendre com evolucionen i s'adapten és fonamental per a desenrotllar teràpies basades en fagos més eficaces i personalitzades per a cada pacient”, afirma Celia Ferriol-González.

L'estudi confirma que la flexibilitat d'unes certes proteïnes i l'intercanvi genètic entre fagos són mecanismes que podrien aprofitar-se en aplicacions clíniques. “Este estudi és un pas avant en el disseny de teràpies personalitzades basades en fagos i obri la porta a emprar evolució dirigida per a optimitzar proteïnes d'interés i ampliar el rang d'acció, tal com hem demostrat”, explica Pilar Domingo-Calap. 

Celia Ferriol-González i Pilar Domingo-Calap, investigadores de l'I2SysBio que lideren la investigació. Foto: Delegació CSIC Comunitat Valenciana

La investigació també subratlla que encara queda molt per descobrir sobre la interacció fago-bacteri i el seu impacte en entorns complexos. “L'ús de fagos com a teràpia està cada vegada més en auge, però encara queda molt per entendre. Conéixer els mecanismes d'interacció fago-bacteri, l'evolució i adaptació viral, i la forma en què estes interaccions afecten l'equilibri i la diversitat de les comunitats microbianes, permetrà dissenyar tractaments més eficaços. Des del nostre grup avancem en este camp, des de la ciència fonamental fins a l'aplicació terapèutica, a través de nostra spin-off Evolving Therapeutics”, conclou. 

Evolving Therapeutics és una spin-off de la Universitat de València situada en l'àrea empresarial del PCUV, que es caracteritza pel seu enfocament pioner en la fagoteràpia, una alternativa natural per a combatre bacteris multiresistents. Fundada en 2023 per Marisa i Pilar Domingo Calap, l'empresa treballa sota el paradigma One Health, desenrotllant solucions innovadores i ecològicament segures que milloren la salut de persones, animals i plantes. El seu lideratge mundial en este camp la posiciona com un referent de la biotecnologia disruptiva i la transferència de coneixement des de l'acadèmia al mercat.