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 bacteriòfags —virus que infecten bacteris— podrien desenvolupar comportaments socials entre espècies mitjançant petites molècules missatgeres denominades pèptids. Els resultats, publicats a la revista Cell, demostren per primera vegada que la comunicació mitjançant pèptids no es limita a bacteriòfags del mateix llinatge o de la mateixa espècie, sinó que també funciona entre espècies diferents. Aquest fet permet als virus coordinar decisions fonamentals per a la seva supervivència de forma col·lectiva.

Tot i 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 senyals procedents de la seva pròpia espècie. El nou treball trenca aquest paradigma en demostrar per primera vegada que els bacteriòfags poden reconèixer i respondre als senyals de pèptids produïts per virus no relacionats.

“La troballa d'aquest fenomen, anomenat cross-talk o comunicació creuada, ens ha permès confirmar que certs pèptids s'uneixen amb gran afinitat a receptors de bacteriòfags no relacionats, activant o desactivant rutes que determinen si el virus seguirà un cicle lític o lisogènic”, explica Alberto Marina, investigador del IBV-CSIC que lidera l'estudi i coordinador de la Conexión Resistencia Antimicrobianos del CSIC.

Els conceptes de lisi i lisogènia descriuen les dues estratègies dels bacteriòfags per infectar els bacteris. Al cicle lític, després de contagiar al bacteri, els bacteriòfags es multipliquen ràpidament fins a destruir la cèl·lula infectada. Al lisogènic, el genoma viral s'integra al bacteri sense danyar-la, romanent-hi latent durant generacions. Els virus en estat lisogènic poden rebre un senyal activador i passar al cicle lític, destruint la cèl·lula allotjadora en un procés conegut com a inducció.

En cultius mixtes —assajos de laboratori on conviuen diferents tipus de virus en un mateix entorn—, l'equip investigador ha observat com el llenguatge comú compartit pels bacteriòfags modifica la dinàmica de la lisogènia i la inducció. Per tant, la comunicació creuada descoberta en aquest treball suposa una eina essencial en les decisions que prenen els bacteriòfags de manera col·lectiva per garantir-ne la supervivència.

L'article també demostra que la comunicació creuada es pot desenvolupar entre bacteriòfags que infecten diferents espècies bacterianes, cosa que té implicacions rellevants per comprendre com funcionen les comunitats microbianes. És a dir, el llenguatge compartit pels virus és tan universal que permet a un 'fag A' comunicar-se amb un 'fag B' per coordinar estratègies de contagi, fins i tot si cadascun decideix infectar un bacteri diferent.

“Les dades estructurals revelen que mínims canvis, com una sola mutació en un pèptid, poden activar o bloquejar la comunicació, generant diferents dialectes d'aquest llenguatge que només comprèn un grup de bacteriòfags. Això suggereix un mecanisme evolutiu molt fi per modular aquestes interaccions”, explica la doctora Francisca Gallego del Sol, investigadora del IBV-CSIC i primera autora de l'article.

Per desxifrar aquest llenguatge i confirmar que els diferents virus es comuniquen entre si, l'equip ha utilitzat un enfocament multidisciplinari. Van fer servir la tècnica de cristal·lografia de proteïnes per determinar l'estructura dels pèptids gràcies als raigs X del Sincrotró ALBA, a la línia de llum XALOC. També anàlisi biofísiques realitzades al IBV-CSIC, juntament amb experiments amb virus modificats genèticament en cultius cel·lulars duts a terme al Imperial College London i a la Universitat CEU Cardenal Herrera. Gràcies a aquesta combinació de mètodes, ha estat possible comprendre com funciona aquesta comunicació, des del nivell atòmic fins a les possibles conseqüències en l'ecosistema.

El descobriment suposa un autèntic canvi de paradigma en demostrar que els bacteriòfags poden comunicar-se amb virus que no són descendents ni pertanyen a la mateixa espècie. Segons els autors, aquesta capacitat obre la porta a l'estudi de comportaments socials entre bacteriòfags, i suggereix que la comunicació viral en entorns naturals podria tenir un paper molt més ampli del que s'havia imaginat. A més, comprendre com dialoguen aquests virus pot servir per generar eines que permetin controlar comunitats bacterianes mitjançant la manipulació del seu llenguatge molecular compartit.

L'estudi, 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 recolzar el projecte TalkingPhages, finançat amb una ajuda Synergy Grant del Consell Europeu de Recerca (ERC, European Research Council).

Futures aplicacions de la comunicació creuada

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

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

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