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Using the Evolution Machine to determine the mechanism of a novel Phage-Induced High-Cell-Density (PIHCD) phenotype

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¿Pueden los bacteriófagos combatir la resistencia a los antibióticos?

Más de treinta mil personas mueren cada año en Europa debido a infecciones causadas por bacterias multirresistentes. Dado que los bacteriófagos pueden infectar y eliminar bacterias de forma específica, existe un nuevo interés en las terapias basadas en estos microorganismos.

Investigación fundamental
Salud

Los bacteriófagos son virus que necesitan un huésped bacteriano para reproducirse y son capaces de transferir material genético entre bacterias. Descifrar esta interacción es fundamental para desarrollar estrategias eficaces con compuestos basados en fagos y bacteriófagos. Investigación de las interacciones bacteriófago-bacteria mediante el uso de la microfluídica El proyecto EvoMachine-Phage, que contó con el apoyo del programa Marie Curie, fue diseñado para comprender los mecanismos que subyacen a la coevolución antagonista bacteriófago-bacteria. El trabajo se centró en el fenotipo de alta densidad celular inducida por fagos (PIHCD, por sus siglas en inglés) observado con anterioridad por el doctor Steven Quistad, beneficiario de una beca de investigación Marie Curie. Tal y como explica el investigador: «Se observó el fenotipo PIHCD después de combinar bacteriófagos muestreados en un montón de compost local en París con “Pseudomonas fluorescens”, una bacteria edáfica común». Aunque esperaba que el bacteriófago matara a la bacteria o entrara en letargo dentro del cromosoma hospedador, para su sorpresa, la bacteria infectada presentó un crecimiento mejor. Este hallazgo instó al investigador del proyecto EvoMachine-Phage a examinar el mecanismo subyacente e identificar al bacteriófago responsable. Para ello, el doctor Quistad empleó un nuevo dispositivo microfluídico creado por MilliDrop, una empresa biotecnológica de nueva creación fundada en la ESPCI de París. El analizador MilliDrop es un sistema totalmente automatizado para el cultivo y análisis de microorganismos que permite el crecimiento de bacteriófagos y sus hospedadores en miles de pequeñas gotas submicrolíticas. La «máquina de evolución», tal y como la describe el doctor Quistad, proporciona unas condiciones excelentes para el crecimiento bacteriano al mantener las células bacterianas en movimiento constante y permite seleccionar gotas específicas de interés y analizarlas. Gracias al uso de este dispositivo, el doctor Quistad y sus compañeros investigaron el efecto de bacteriófagos individuales en la fisiología del hospedador e identificaron satisfactoriamente múltiples candidatos responsables del fenotipo PIHCD. El trabajo en curso se centra en la identificación de genes candidatos que pueden está detrás de este fenotipo. Perspectivas futuras de la microfluídica en microbiología «Sin duda, el logro más importante del proyecto EvoMachine-Phage fue demostrar la utilidad de la microfluídica en la investigación de las interacciones fago-hospedador», señala el doctor Quistad. Además, las oportunidades sin precedentes de colaboración interdisciplinaria ofrecidas por la ESPCI de París fueron fundamentales para el éxito del proyecto. El instituto concita a químicos, físicos, ingenieros y biólogos, al tiempo que mantiene vínculos con la industria. El empleo de la microfluídica para evaluar rápidamente el efecto de bacteriófagos en la fisiología del hospedador podría resultar útil en un entorno clínico. El método de referencia basado en la siembra de placas requiere aproximadamente cuarenta y ocho horas para el aislamiento de bacteriófagos a partir de una muestra ambiental. Sin embargo, en lo que respecta a infecciones resistentes a antibióticos, que pueden propagarse rápidamente, acelerar el aislamiento y la identificación de bacteriófagos podría mejorar significativamente el resultado del tratamiento. El dispositivo MilliDrop podría proporcionar resultados de relevancia clínica más rápidamente. Es más, podría emplearse como una herramienta en la batalla contra la multirresistencia a través de la evaluación de la virulencia de aislados específicos de bacteriófagos contra cepas bacterianas de interés. El proyecto EvoMachine-Phage brindó una visión fundamental de la fisiología de los bacteriófagos y de su interacción con bacterias. Teniendo en cuenta que los bacteriófagos participan en toda una serie de procesos biológicos, desde el ciclo del carbono hasta el mantenimiento de la salud humana, los resultados del proyecto podrían encontrar aplicaciones en varios ámbitos más allá de la terapia basada en bacteriófagos.

Palabras clave

EvoMachine-Phage, bacteriófago, bacteria, microfluídica, MilliDrop, fenotipo de alta densidad celular inducida por fagos (PIHCD), fenotipo, gota, multirresistente, ESPCI de París, resistencia a antibióticos

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27 Mayo 2021