Patologías

Terapia de fagos como estrategia de gestión en la acuacultura

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By Milthon Lujan

Una revisión científica presenta información actualizada sobre el uso de la terapia de fagos para la gestión de enfermedades en la acuicultura.

Investigadores del Grupo de Investigación en Acuicultura de la Universidad de Las Palmas de Gran Canaria, de la Universidad Europea del Atlántico y de la Universidad Internacional Iberoamericana (México) y de la Nord University (Noruega) publicaron una revisión científica en donde resumen el conocimiento actual sobre los fagos, identifican las brechas y brindamos información sobre las posibles estrategias de control bacteriano que podrían representar para el manejo de enfermedades bacterianas relacionadas con la acuicultura.

Biología de los fagos y distribución espacial

Los bacteriofagos terapéuticos, comúnmente llamados como fagos, son una alternativa prometedora a los antibióticos en la gestión de las infecciones bacterianas de un amplio rango de organismos, incluido los peces de cultivo.

Además, contrario a los efectos fisiológicos negativos de los antibióticos sobre el huésped y la generación de resistencia bacteriana, el uso de fagos es ambientalmente amigable y sin mayores inconvenientes.

Asimismo, los fagos producen enzimas líticas con la capacidad de actuar directamente sobre la pared de la célula bacteriana. 

Una importante ventaja asociada es que los fagos se encuentran en ambientes de agua dulce y salada, representando una virtualmente ilimitada fuente de viriones y enzimas líticas. 

Ciclo de vida de los fagos

Los fagos, como cualquier otro virus, dependen del metabolismo de su huésped bacteriano para la reproducción. Durante el proceso reproductivo, la mayoría de los tipos de fagos consumen completamente los recursos de sus huésped y los matan cuando liberan su descendencia.

Inicialmente, los fagos deben infectar sus bacterias huésped a través de la vinculación con receptores específicos que detectan de forma selectiva componentes específicos de la pared celular bacteriana diana, como el lipopolisacárido en los gram-negativo o el peptidoglicano en los gram-positivo.

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Enzimas líticas de los fagos

Una característica particular con potencial terapéutico entre todos los fagos es la producción de enzimas líticas.

El uso de las enzimas líticas contra los patógenos humanos y del ganado han brindado resultados prometedores in vitro e in vivo. 

La eficiencia de los fagos y la especificidad del huésped están determinados por las proteínas dominantes y sus enzimas específicas asociadas. Su estructura se dirige y degrada la pared celular de las bacterias Gram-positivas o Gram-negativas dependiendo de si contienen un dominio catalítico enzimático y un dominio de unión a la pared celular o un dominio catalítico único, respectivamente.

En general, es más probable que las lisinas lisan las bacterias Gram-positivas porque su peptidoglicano de la pared celular está expuesto directamente en la superficie celular, a diferencia de las bacterias Gram-negativas.

No obstante, el estudio de los fagos o sus lisinas se ha limitado a unos pocos patógenos de peces como Streptococcus agalactiae, Lactococcus garvieae, Renibacterium salmoninarum, Streptococcus iniae, y S. dysgalactiae, que están altamente asociados con los brotes de enfermedades en las piscifactorías.

Interacciones entre los fagos y el sistema inmunológico de los peces

El documento destaca que al contrario de los logros obtenidos hasta ahora en mamíferos y células cultivadas; estudios limitados han correlacionado las respuestas inmunitarias del tratamiento de peces cultivados con fagos.

En este sentido, existen muchas lagunas en el conocimiento sobre la mejora y la relación de la actividad de los fagos y el sistema inmunológico de los peces. No obstante, la vía de administración de los fagos se considera crucial entre las interacciones conocidas entre los fagos y el sistema inmunológico de los peces.

Los autores del estudio reportan que en estudio in vitro con células cultivadas obtenidas de las superficies mucosas y los experimentos de desafío in vivo en peces por inmersión han demostrado que el aumento de la abundancia de fagos en la capa de moco protege el epitelio subyacente de la infección bacteriana.

Activación de la inflamación mediados por los fagos

El tratamiento con bacteriofagos estuvo asociado con cambios en la respuesta inflamatoria de varios modelos de pruebas, in vivo e in vitro. Sin embargo, los resultados parecen depender no solo de la célula o el modelo animal usado, sino también del tipo de fago aplicado y el panel de citoquinas analizados.

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En los peces, algunos científicos han analizado la respuesta de la citocina a la presencia de los bacteriofagos solo o en coinfección de fagos con sus bacterias objetivo. 

Respuestas específicas adaptativas de los fagos

Debido a la estructura de proteína de la envoltura del fago, estas proteínas son el objetivo del sistema inmune adaptativo, que responde con la producción de anticuerpos neutralizantes contra ellos.

Diversidad de fagos en el ambiente acuático

Los fagos son virus extraordinariamente abundantes y diversos. Los fagos son comunes en el suelo y en los intestinos de los humanos y animales. 

Debido al exponencial avance de la bioinformática y las técnicas de secuenciamiento masivo, la distribución geoespacial de los virus en los ecosistemas de agua dulce y de mar es una incipiente área de investigación.

Los peces y mariscos que habitan aquellos ambientes albergan abundantes cantidades de fagos en sus tractos digestivos. 

Los bacteriofagos flotantes en el agua también son muy abundantes, con un estimado de 100 millones de partículas virales en 1 mL de agua de mar.

La clasificación de los virus se basa típicamente en las características como el tipo de ácido nucleico, la estructura o morfología del virión, el modo de replicación, huésped objetivo y características clínicas y epidemiológicas de las enfermedades que causan, y aún de la distribución geográfica.

Bacteriofagos contra las biopelículas en las instalaciones acuícolas

Todos los patógenos bacterianos de los peces pueden formar biopelículas in vitro e in vivo debido a las apropiadas condiciones ambientales. 

La formación de biopelícula es una característica intrínseca de las bacterias debido a que vivir dentro de estas estructuras favorece la asimilación de nutrientes y la protección contra los agentes físicos, químicos o biológicos hallados en los ambientes acuáticos.

Los fagos solos o en cócteles de fagos han sido exitosos contra las biopelículas de las bacterias Gram-positivas y Gram-negativas.

El potencial de la terapia de fagos en la acuicultura

Durante el ciclo de producción de peces y mariscos, estos animales están en contacto diario con miles de millones de bacteriofagos. Sin embargo, su uso contra las infecciones bacterianas requiere la producción masiva de fagos, por lo que se debe considerar varios factores.

Los tratamientos con fagos constantemente requieren el aislamiento de la bacteria causante de la enfermedad. Consecuentemente, uno de los más críticos desafíos para los microbiólogos es trabajar directamente o indirectamente con la acuicultura es la estandarización de las poblaciones usadas para tratar infecciones o combatir biopelículas en las instalaciones de cultivo.

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Perspectivas

Los fagos son extremadamente específicos en su capacidad para infectar y destruir ciertas especies o cepas de bacterias sin afectar la microbiota comensal del huésped. Por consiguiente, la terapia con fagos es adecuada para ser parte de estrategias multidimensionales focalizadas en incrementar la salud de los peces en cultivo y, al mismo tiempo, una herramienta prometedora para contrarrestar las bacterias resistentes a los antibióticos.

Hasta ahora, los fagos mejor entendidos utilizados para luchar contra especies bacterianas Gram-negativas o Gram-positivas en el cultivo de peces están restringidos principalmente a Myoviridae y Podoviridae, y la Siphoviridae, respectivamente.

No obstante, el uso funcional actual de fagos contra patógenos bacterianos de peces cultivados está todavía en su infancia. 

Referencia (acceso abierto):
Ramos-Vivas, José, Joshua Superio, Jorge Galindo-Villegas, and Félix Acosta. 2021. «Phage Therapy as a Focused Management Strategy in Aquaculture» International Journal of Molecular Sciences 22, no. 19: 10436. https://doi.org/10.3390/ijms221910436

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