Dos vías de desarrollo: lisis o coexistencia
A diferencia de las cepas virulentas, los bacteriófagos templados tienen dos escenarios vitales posibles tras penetrar en la célula.
La primera vía es la productiva (lítica). Esta repite por completo el ciclo clásico: el virus penetra en la célula, su genoma se replica de forma secuencial, se ensamblan nuevos viriones y todo culmina con la muerte (lisis) de la bacteria hospedadora.
La segunda vía es la integrativa (lisogénica). En este caso, no se produce la destrucción del hospedador. El ADN del virus penetra en el citoplasma, adopta una forma circular y se integra en el cromosoma bacteriano mediante un entrecruzamiento. El ADN viral integrado se denomina profago, y la bacteria que porta este genoma, cultivo lisogénico. Con cada división celular, el profago se duplica de manera sincrónica y se transmite a la progenie. El estado mismo de esta coexistencia pacífica se denomina lisogenia.
Es importante señalar que la integración no ocurre al azar, sino en regiones homólogas específicas. Por ejemplo, en la bacteria Escherichia coli, la integración del fago lambda se lleva a cabo en un locus estrictamente definido, situado entre los genes del metabolismo de la galactosa y la biotina.
Cómo se mantiene la lisogenia y se forma la inmunidad
La esencia de la lisogenia radica en que la formación de nueva progenie fágica está completamente bloqueada, gracias a lo cual la célula no se destruye. Este statu quo está controlado genéticamente. Los genes del propio profago codifican la síntesis de una proteína de bajo peso molecular especial: el represor específico. Este actúa precisamente como el principal factor «regulador». El mecanismo de su acción es simple: el represor suprime la transcripción (lectura) de aquellas regiones del genoma viral que son responsables de la multiplicación vegetativa.
La presencia en el citoplasma de un represor ya sintetizado condiciona un fenómeno interesante: la inmunidad de las bacterias lisogénicas. Si un ADN de un fago similar (homólogo) intenta penetrar en la célula, se producirá una superinfección. Sin embargo, el nuevo virus no podrá multiplicarse: la proteína represora bloqueará de inmediato la transición del ADN viral fresco al estado vegetativo, previniendo la lisis celular.
Inducción del profago: retorno a la lisis
El término «lisogenia» en sí mismo denota únicamente la capacidad potencial de la célula para la descomposición. El proceso de transición del estado latente al activo es reversible y se denomina inducción (o desrepresión). Durante la inducción, el profago se escinde del cromosoma bacteriano, se pone en marcha la síntesis de los componentes virales, se ensamblan nuevos viriones y la célula muere. La base de este mecanismo es la inactivación de la proteína represora bajo la acción de factores externos.
Se distinguen dos tipos de inducción:
- Espontánea: Ocurre de forma espontánea con una frecuencia extremadamente baja (de $10^{-2}$ a $10^{-6}$). Debido a esta baja frecuencia, no se observa una muerte masiva del cultivo.
- Dirigida (inducida): Se pone en marcha artificialmente al exponer el cultivo a mutágenos. Entre los agentes físicos se encuentran la radiación ultravioleta y la radiación ionizante. Entre los químicos figuran los compuestos peroxídicos, la mitomiccina C y otros.
En biotecnología, la inducción espontánea conlleva riesgos graves: la lisis repentina de las bacterias productoras industriales puede provocar la pérdida de un producto valioso, como un lote de antibióticos o vitaminas. En cambio, en la ingeniería genética, la inducción dirigida se emplea activamente con fines de investigación.
Conversión fágica y localización plasmídica
El genoma viral integrado es capaz de dotar al hospedador de nuevas propiedades biológicas: morfológicas, bioquímicas, culturales o antigénicas. Este fenómeno se denomina conversión fágica.
El ejemplo clínico más conocido está relacionado con el agente causal de la difteria (Corynebacterium diphtheriae). Esta bacteria es capaz de producir su principal factor de patogenicidad —la exotoxina diftérica— exclusivamente cuando posee en su genoma un profago específico. Sin la integración del fago, la bacteria sigue siendo no toxinógena.
También existen excepciones a las reglas generales del comportamiento de los fagos templados:
- Fagos defectuosos. Estos han perdido para siempre la capacidad de formar partículas virales completas y no pueden completar su ciclo de desarrollo ni en el medio natural ni mediante inducción artificial.
- Localización plasmídica. El genoma de algunos fagos (por ejemplo, el fago P1) no se integra en absoluto en el cromosoma bacteriano. Existe en el citoplasma de forma autónoma, de manera similar a un plásmido. Estos virus autónomos se utilizan ampliamente como vectores en ingeniería genética para la transferencia dirigida de información genética.
En resumen: respuestas a preguntas sobre el tema
¿Qué etapas secuenciales comprende el ciclo reproductivo productivo (lítico) del bacteriófago?
El ciclo reproductivo productivo (lítico) del bacteriófago comprende cinco etapas secuenciales principales.
- Adsorción: fijación del fago a los receptores específicos de la pared celular bacteriana.
- Penetración del ÁC (inyección): degradación de la pared celular por la lisozima e inyección del ADN viral en el citoplasma.
- Biosíntesis de los componentes fágicos: supresión del metabolismo de la célula hospedadora, transcripción del ADN del fago y traducción de las proteínas virales.
- Ensamblaje de los componentes estructurales: formación de las cápsides y las colas, y llenado de las cabezas vacías con el ácido nucleico.
- Morfogénesis de las partículas maduras y liberación: unión de la cápside con la región caudal, destrucción de la envoltura bacteriana y lisis celular con la liberación de la progenie al entorno.
¿Qué enzimas catalizan los procesos de integración del ADN viral en el cromosoma y su escisión durante la inducción?
El proceso de integración del ADN viral en el cromosoma de la célula hospedadora es catalizado por varias enzimas, aunque en las fuentes no se describen enzimas específicas de escisión para la inducción. La inserción de los virus con ADN es llevada a cabo por:
- Enzimas de restricción: participan en la preparación de las regiones de ADN.
- Endonucleasas: degradan los ácidos nucleicos.
- Ligasas: unen los fragmentos de ADN.
Para los virus con ARN, antes de la integración actúa la transcriptasa inversa (reversasa), que sintetiza una hebra de ADN complementaria. La escisión del profago durante la inducción se produce debido a la inactivación de la proteína represora bajo la acción de factores externos, pero no se especifican las enzimas concretas de esta etapa.
¿Qué exotoxinas bacterianas conocidas, además de la diftérica, son codificadas por genes de bacteriófagos templados?
Además de la exotoxina diftérica, los genes de los bacteriófagos templados codifican las exotoxinas piógenas estreptocócicas.
- Exotoxinas piógenas estreptocócicas (toxina eritrógena de Dick, toxina exantemática, toxina escarlatinosa, eritrogenina): son producidas por cepas de Streptococcus pyogenes.
Su síntesis está directamente relacionada con el fenómeno de la lisogenia: las cepas bacterianas que no contienen el fago templado no son capaces de producir dichas toxinas. Estas exotoxinas provocan un efecto tóxico sistémico y la caracteristica exantema de color rojo brillante en la escarlatina debido a su acción necrótica sobre el endotelio vascular y la activación de los linfocitos T.
Para recordar fácilmente la esencia de la inducción, imagine que la proteína represora es un «freno». La radiación ultravioleta o los agentes químicos «rompen el freno», y el profago pasa rápidamente a la fase vegetativa, lo que culmina en la lisis celular.
Preguntas de clases y exámenes
¿Cuál es la principal diferencia entre un fago moderado y uno virulento?
Los fagos virulentos siguen siempre la vía lítica y matan a la bacteria. Los fagos templados son capaces de integrar su genoma en el cromosoma del hospedador, preservando su vida y replicándose junto con él (lisogenia).
¿Por qué una bacteria lisógena no se destruye durante una superinfección?
En el citoplasma de la célula lisogénica ya está presente la proteína represora sintetizada. Esta bloquea la transcripción de los genes de cualquier fago homólogo que haya penetrado, impidiendo que pase a la fase de multiplicación.
¿Qué ocurriría en la producción biotecnológica si se produce una inducción espontánea?
La inducción espontánea en cepas industriales conduce a la transición del profago al ciclo lítico, a la muerte masiva del cultivo y, como consecuencia, a la pérdida del producto elaborado (vitaminas, antibióticos).
Qué más repasar sobre el tema
- Mecanismo molecular de integración por entrecruzamiento
- Localización de los fagos: loci de galactosa y biotina
- Uso de fagos autónomos como vectores genéticos
- Estructura y principios de funcionamiento de la proteína represora
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