Bacteriófagos

Última actualización: 02/09/2026 por EMEI

La virología fágica constituye uno de los pilares fundamentales de la microbiología molecular, la genética y la biotecnología moderna. Los bacteriófagos, comúnmente denominados fagos, son entidades virales estrictamente dependientes de procariontes, capaces de infectar, multiplicarse y provocar la lisis celular en bacterias, liberando así nuevas partículas infectivas (viriones). Su estudio ha permitido descifrar los mecanismos universales de la transcripción, la traducción, la recombinación genética y la regulación génica.

Clasificación Morfológica y Simetría Estructural

La arquitectura de los bacteriófagos está dictada por la organización de las proteínas de su cápsida, las cuales protegen el genoma viral y facilitan la interacción inicial con la célula huésped. Los bacteriófagos presentan tres tipos principales de simetría estructural:

• Simetría icosaédrica: Cápsidas poliédricas regulares que maximizan el volumen interno para empaquetar el genoma.

• Simetría helicoidal: Estructuras filamentosas o cilíndricas donde las proteínas se ensamblan en espiral alrededor del ácido nucleico.

• Simetría binaria o compleja: Combina una cabeza de simetría icosaédrica con una cola de simetría helicoidal, característica de los fagos más evolucionados.

Figura 1: Representación estructural de los tipos de simetría en la cápsida de los bacteriófagos (icosaédrica, helicoidal y binaria).

El genoma de los bacteriófagos es extraordinariamente diverso, abarcando los cuatro tipos posibles de ácidos nucleicos: Ácido Desoxirribonucleico (ADN) monocatenario, ADN bicatenario, Ácido Ribonucleico (ARN) monocatenario y ARN bicatenario.

Tipos Morfológicos Principales

La diversidad estructural permite clasificar a los fagos en seis categorías morfológicas fundamentales, corrigiendo y actualizando las nomenclaturas históricas:

1. Fagos de simetría binaria, ADN bicatenario y cola contráctil: Pertenecientes a la familia Myoviridae. Ejemplo clásico: fagos T-par (T2, T4, T6) de Escherichia coli.

2. Fagos de simetría binaria, ADN bicatenario y cola no contráctil: Pertenecientes a la familia Siphoviridae (cola larga, ej. fago lambda de Escherichia coli) y Podoviridae (cola corta, ej. fagos T3 y T7).

3. Fagos icosaédricos sin cola y de ADN monocatenario: Pertenecientes a la familia Microviridae. Ejemplo clásico: fago phiX174 (históricamente clasificado de forma errónea como bicatenario en textos antiguos, su genoma es estrictamente monocatenario circular).

4. Fagos icosaédricos sin cola, ARN monocatenario: Pertenecientes a la familia Leviviridae. Ejemplo: colifagos f2 y MS2.

5. Fagos filamentosos de ADN monocatenario: Pertenecientes a la familia Inoviridae. Ejemplo: fagos fd, f1 y M13 de Escherichia coli.

6. Fagos pleomórficos o con envoltura lipídica: Pertenecientes a familias como Corticoviridae. Ejemplo: fago PM2 de Pseudomonas aeruginosa, que posee una cápsida icosaédrica con una membrana lipídica interna y un genoma de ADN bicatenario circular superenrollado.

Arquitectura Molecular del Fago Complejo

Los fagos de simetría binaria (como el fago T4) presentan una ultraestructura altamente especializada, diseñada para inyectar el genoma a través de la compleja envoltura celular bacteriana.

• Cabeza (Cápsida): Estructura de simetría icosaédrica (o prolata) que contiene el ácido nucleico densamente empaquetado a alta presión.

• Tallo (Cola): Estructura de simetría helicoidal que actúa como un canal de inyección. Puede ser corto o largo, rígido o flexible. En los fagos contráctiles, el tallo está recubierto por una vaina. La zona superior no cubierta por la vaina se denomina cuello.

• Placas y apéndices basales: En la región terminal de la vaina se ensamblan estructuras proteicas críticas para la infección:

  • Placa superior: Implicada en la dinámica de inyección del ácido nucleico hacia el espacio periplásmico.

  • Placa inferior (Placa basal): Estructura compleja equipada con espículas y fibras caudales que actúan como ligandos para anclarse a los receptores específicos de la membrana o pared bacteriana.

Ciclos de Replicación Viral

Ciclo Lítico en Bacteriófagos de ADN Bicatenario

El ciclo lítico culmina invariablemente con la destrucción (lisis) de la bacteria huésped. Este proceso es un triunfo de la reprogramación metabólica, donde el virus secuestra la maquinaria celular.

Figura 2: Fases secuenciales del ciclo vírico en bacteriófagos de ácido desoxirribonucleico (ADN) bicatenario.

Cascada de Infección y Lisis Celular

• Fase 1: Adsorción y Reconocimiento de Receptores -> El fago colisiona aleatoriamente con la bacteria y sus fibras caudales reconocen receptores específicos. Estos receptores suelen ser polisacáridos complejos, lipopolisacáridos, fimbrias, flagelos o porinas. Por ejemplo, el fago lambda se adhiere a la porina LamB (una proteína transportadora de maltosa, corrigiendo la antigua creencia de que transportaba manosa), mientras que el fago T4 reconoce la porina OmpC. El contacto inicial es reversible, permitiendo recuperar viriones infectivos si se interrumpe. Rápidamente, la unión se vuelve irreversible al anclarse las espículas de la placa basal.

• Fase 2: Inyección del Ácido Nucleico -> La fijación desencadena un cambio conformacional. En los fagos con vaina contráctil, esta se contrae mediante un proceso activo que consume Adenosín Trifosfato (ATP), utilizando unas 100 moléculas de ATP empaquetadas en el virión y una ATPasa virus-específica. El tubo central perfora la pared celular con la ayuda de una lisozima viral asociada a la placa basal. El genoma es inyectado en el espacio periplásmico y, de ahí, al citoplasma. La cápsida proteica vacía (fantasma) permanece en el exterior.

  • Nota de dinámica de inyección: El fago T7 inyecta su genoma siempre con la misma polaridad constante. El fago T5 utiliza un mecanismo bifásico: inyecta primero un 8% de su genoma (genes pre-tempranos) que se traducen inmediatamente para degradar el ADN del huésped y permitir la entrada del resto del genoma viral.

• Fase 3: Fase de Eclipse y Multiplicación del Ácido Nucleico -> Durante esta fase, no es posible recuperar viriones infectivos si se rompe la célula artificialmente. El metabolismo bacteriano normal se detiene abruptamente. El ADN viral dirige una cascada transcripcional altamente regulada.

  • Síntesis de ARNm temprano (Genes Iniciales) -> Codifican proteínas que detienen la síntesis de ARN bacteriano y degradan el ADN del huésped mediante ADNasas virales. Los nucleótidos resultantes se reciclan para sintetizar ADN fágico. Se sintetizan enzimas de novo como la desoxicitidina trifosfatasa (dCTPasa), que hidroliza el dCTP celular para evitar la incorporación de citosina normal, permitiendo que el fago (ej. T-pares) incorpore 5-hidroximetilcitosina glicosilada. También se expresan enzimas metilantes que protegen el ADN viral de las endonucleasas de restricción bacterianas. Si un fago carece de estas metilasas, se denomina «virus confinado», ya que su progenie no estará metilada y será destruida al intentar infectar nuevas cepas con sistemas de restricción activos.

  • Síntesis de ARNm medio -> Codifican proteínas esenciales para la replicación masiva del genoma viral, incluyendo ADN polimerasas virales, helicasas y proteínas de recombinación.

  • Síntesis de ARNm tardío -> Transcritos a partir del genoma viral recién replicado. Codifican las proteínas estructurales de la cápsida, la cola y las enzimas líticas (holinas y endolisinas/lisozimas).

• Fase 4: Cascada de Ensamblaje y Maduración -> Las proteínas estructurales se condensan para formar la procabeza vacía. Mediante un motor molecular dependiente de ATP, el ADN fágico es bombeado al interior de la procabeza hasta alcanzar una densidad cristalina. Posteriormente, se ensambla la cola (sintetizada por una vía independiente) y se une a la cabeza llena.

• Fase 5: Ruta de Lisis y Liberación -> Las holinas virales forman poros en la membrana citoplasmática, permitiendo que las endolisinas (lisozimas de fase tardía) accedan al peptidoglicano y lo degraden. La pared bacteriana colapsa por presión osmótica, liberando cientos de partículas víricas maduras listas para iniciar un nuevo ciclo.

Dinámica de Infección en Fagos de ADN Monocatenario de Banda Positiva

Los fagos con genomas pequeños de ADN monocatenario (5 a 7 Kilobases), como phiX174 (icosaédrico) y M13 o fd (filamentosos), presentan un ciclo que minimiza la inhibición del metabolismo del huésped.

Ruta de Replicación Asimétrica

• Paso 1: Adsorción y Penetración -> Los fagos filamentosos se fijan específicamente a la punta de los pili sexuales (pilus F) de bacterias donadoras. La penetración está mediada por una Proteína Piloto (ej. proteína pIII en M13 o proteína H en phiX174). Esta proteína multifuncional facilita la adsorción, cambia de conformación para transportar el ADN al interior, acopla el genoma a las polimerasas bacterianas para iniciar la replicación y, finalmente, participa en la morfogénesis.

• Paso 2: Síntesis de la Forma Replicativa (FR) -> Una vez en el citoplasma, la ADN polimerasa bacteriana sintetiza la cadena complementaria negativa, generando una molécula de ADN bicatenario circular denominada Forma Replicativa (FR). La cadena negativa de la FR sirve como molde para transcribir el ARNm viral y para que una replicasa (o proteína de iniciación viral) sintetice nuevas cadenas de ADN positivo mediante un mecanismo de círculo rodante asimétrico.

• Paso 3: Ensamblaje y Extrusión -> A diferencia de los fagos líticos clásicos, los fagos filamentosos (como M13) no lisan la célula. Se ensamblan en la membrana plasmática y son extruidos continuamente al exterior celular mientras la bacteria sigue dividiéndose, liberando hasta 1000 viriones por generación en un estado de infección crónica.

Dinámica de Infección en Fagos de ARN Monocatenario de Banda Positiva

Los fagos de ARN monocatenario positivo (ej. MS2, f2, R17) poseen la organización genómica más simple conocida, con un ARN que presenta complejas estructuras secundarias y terciarias.

Ruta de Traducción y Replicación Directa

• Paso 1: Adsorción a Pili Sexuales -> El fago se une a los laterales del pilus F mediante la Proteína A (proteína de maduración), utilizando el pilus como canal de retracción para inyectar su ARN en el citoplasma.

• Paso 2: Traducción Inicial y Replicación -> Al ser ARN de polaridad positiva, actúa inmediatamente como Ácido Ribonucleico mensajero (ARNm). Se une a los ribosomas bacterianos para traducir sus tres genes principales: la proteína A, la proteína principal de la cápsida y la replicasa viral (ARN polimerasa dependiente de ARN). La replicasa sintetiza una cadena de ARN negativa, formando una FR de ARN bicatenario. Esta cadena negativa sirve de molde para amplificar masivamente nuevas hebras de ARN positivo.

• Paso 3: Lisis Celular -> La acumulación de proteínas virales y la expresión de una proteína de lisis específica provocan la ruptura de la bacteria y la liberación de los viriones.

Ciclo Lisogénico y Dinámica de los Profagos

En contraste con el ciclo lítico, ciertos bacteriófagos (fagos atemperados) pueden optar por una vía de infección latente denominada ciclo lisogénico. En este estado, el genoma viral se integra en el cromosoma bacteriano (o permanece como un plásmido episomal) y se replica pasivamente junto con la célula huésped. El genoma viral integrado se denomina profago, y la bacteria que lo porta se conoce como bacteria lisógena.

Figura 3: Representación esquemática de la bifurcación entre el ciclo lisogénico y el ciclo lítico, mediada por la integración del profago.