Bacteriófagos: usando virus para controlar las infecciones bacterianas en el sector agroalimentario

Introducción

Tradicionalmente, la naturaleza ha sido nuestra maestra y fuente de inspiración a la hora de buscar soluciones frente a las enfermedades. Este fue también el caso de los antibióticos, compuestos producidos por microorganismos que pueden inhibir o eliminar a otros microorganismos, que supusieron en su día una revolución en la lucha contra las infecciones bacterianas. 

Sin embargo, su uso indiscriminado a lo largo de las décadas en diversos sectores (incluyendo el agroalimentario) ha provocado la selección de bacterias resistentes a los mismos para las cuáles cada vez es más difícil encontrar tratamiento. 

Según la Organización Mundial de la Salud (OMS), el problema de la resistencia a los antibióticos se ha convertido en una crisis sanitaria a nivel mundial para la que es esencial encontrar una solución cuanto antes (1). 

En el contexto agroalimentario, además de reducir y controlar la utilización de antibióticos a lo largo de la cadena de producción, es necesario también buscar estrategias alternativas o complementarias para evitar un descontrol en la incidencia de infecciones. 

Sorprendentemente una posibilidad es el uso de “virus”, palabra que normalmente asociamos con enfermedad, pero que en este caso no infectan al ser humano, sino única y exclusivamente a las bacterias. 

Estos virus son conocidos como bacteriófagos (o fagos) y fueron descubiertos a principios del siglo XX cuando se detectó su habilidad para “comerse a las bacterias” (Figura 1). 

Debido a esta propiedad, algunos investigadores propusieron su utilización como antimicrobianos para controlar infecciones bacterianas, estrategia denominada terapia fágica (2). 

Sin embargo, esta estrategia cayó en desuso tras la introducción de los antibióticos, con la excepción de Europa del Este, donde siempre ha mantenido relevancia.

Figura 1. Cultivo bacteriano en el que se ven las placas de lisis formadas por la acción de un bacteriófago.

La actividad antibacteriana de los bacteriófagos

La actividad antibacteriana de los fagos se basa en su ciclo de multiplicación, denominado ciclo lítico, que generalmente lleva a la muerte y posterior “explosión” (conocida como lisis) de la célula bacteriana infectada (Figura 2). 

Además de este ciclo, hay fagos que también pueden seguir uno alternativo e integrarse en el cromosoma bacteriano y permanecer en ese estado de latencia (profago) durante generaciones. 

Estos últimos se llaman fagos atemperados y no son deseables para su uso como antimicrobianos, ya que no destruyen a la población bacteriana, y además, pueden contribuir a la transferencia de genes de resistencia a antibióticos o de virulencia entre células bacterianas. 

Los candidatos ideales son, por tanto, los fagos denominados virulentos que solo pueden llevar a cabo el ciclo lítico (3).

Figura 2. Esquema del ciclo lítico de multiplicación de un bacteriófago. Imagen creada en www.biorender.com.

Como antimicrobianos, los fagos muestran las siguientes características principales:

• Especificidad: Solo infectan a la bacteria que se quiere eliminar (bacteria diana), no afectando a microorganismos beneficiosos, ni a células animales o vegetales. Esto hace que los fagos sean considerados seguros para el ser humano y el medioambiente.
• Autorreplicación. A diferencia de otros compuestos, cuya concentración siempre disminuye a partir de su aplicación, los fagos se pueden multiplicar durante el tratamiento si la bacteria a la que infectan está presente.
• Coevolución con la población bacteriana. Si bien es cierto que la población bacteriana puede evolucionar hacia una mayor resistencia al fago administrado, también la población de fagos puede evolucionar para infectar a las bacterias resistentes que se vayan seleccionando.
• Diversidad. Los bacteriófagos son las entidades biológicas más numerosas y diversas en la naturaleza, lo que nos proporciona un arsenal inmenso de armas antibacterianas a explorar.

Basándose en estas propiedades, los fagos tienen mucho potencial para su uso como sustituto o complemento a los compuestos antimicrobianos ya disponibles. No obstante, es necesario mencionar que las bacterias también pueden volverse resistentes a los fagos a lo largo del tratamiento. 

Por ello, es muy importante utilizarlos de forma inteligente. Una de las estrategias más utilizadas para evitar este posible contratiempo es la utilización de cócteles (mezclas) de fagos en lugar de preparaciones de fagos individuales, ya que la probabilidad de que las bacterias adquieran resistencia simultáneamente a distintos fagos es muchísimo más baja. 

En otros casos, se combinan los fagos con otros tipos de antimicrobianos. También, en este sentido, será muy importante estudiar en profundidad la ya mencionada capacidad de estos virus de coevolucionar con su bacteriana diana. Esta es una característica que, de nuevo, no existe en otros compuestos antibacterianos.

Las aplicaciones de los fagos

Los bacteriófagos pueden aplicarse en distintos eslabones de la cadena agroalimentaria, ofreciendo una solución segura, sostenible y que no afecta las propiedades organolépticas del alimento. 

En agricultura, ganadería y acuicultura, estos virus pueden controlar enfermedades infecciosas, y evitar así las pérdidas económicas derivadas de las mismas 

Además, la estrategia ‘Una salud’ de la OMS indica que es necesario controlar las infecciones y resistencia a antibióticos en estos sectores con el fin de mejorar también la salud humana (4). 

Ya existen productos en el mercado para controlar, por ejemplo, infecciones en cultivos en algunos países como EEUU

En la industria de procesamiento de los alimentos, los fagos pueden ser utilizados como bioconservantes o para la descontaminación de superficies. 

También, en este contexto, se han aprobado y comercializado productos en algunos países, pero es evidente que aún queda mucho camino por recorrer en materia de regulación para facilitar la implementación de productos basados en fagos en distintos sectores. 

Por último, cabe destacar que algunas proteínas derivadas de los bacteriófagos pueden utilizarse como antimicrobianos por sí mismas, siendo el mejor ejemplo las endolisinas, proteínas que hacen que la célula infectada lise (o estalle) al final del ciclo de multiplicación del virus. 

Tal vez la propiedad más interesante de estas proteínas es que prácticamente no se seleccionan bacterias resistentes a las mismas, de acuerdo a la información disponible en la actualidad. 

La aplicación de las endolisinas y proteínas relacionadas en agroalimentación está siendo estudiada y es muy prometedora

Conclusión

No es esperable que los bacteriófagos o sus proteínas sean la panacea universal que solucione todos nuestros problemas de contaminación bacteriana en el sector agroalimentario. Sin embargo, sí pueden representar un arma muy poderosa en (el marco de) un futuro próximo cuando dispongamos de un arsenal antibacteriano diverso y amplio que se utilice para implementar estrategias hechas a medida para cada situación y contexto.

Bibliografía

• WHO. Global action plan on antimicrobial resistance. World Health Organization (2015). ISBN: 9789241509763. 
• d’Hérelle, F.; Smith, G.H. The bacteriophage and its clinical application; Charles C. Thomas: Springfield, IL, USA, 1930.
• Fernández L, Gutiérrez D, García P, Rodríguez A. The Perfect Bacteriophage for Therapeutic Applications-A Quick Guide. Antibiotics (Basel). 2019 Aug 23;8(3):126.
• https://www.who.int/news-room/fact-sheets/detail/one-health