Los fagos infectan bacterias introduciendo en ellas su material genético
Los microbios marinos controlan el flujo de materia y energía esenciales para la vida en los océanos. Entre ellos, el grupo bacteriano SAR11 representa aproximadamente un tercio de todas las bacterias que se encuentran en las aguas superficiales del océano.
Un estudio realizado por investigadores del Instituto Max Planck de Microbiología Marina en Bremen, Alemania, revela ahora que en ocasiones casi el 20% de las células SAR11 están infectadas por virus, lo que reduce significativamente el número total de células. Los virus también pueden transformar en zombis estas bacterias que alguna vez fueron prósperas, un fenómeno observado por primera vez y muy extendido en los océanos.
Las aguas del océano que rodean la isla alemana de Helgoland proporcionan un escenario ideal para estudiar la proliferación de algas primaverales, un foco de investigación en el Instituto Max Planck de Microbiología Marina desde 2009.
En un estudio anterior, los científicos del Max Planck observaron que un grupo de bacterias llamado SAR11 crecía particularmente rápido durante estas floraciones. Sin embargo, a pesar de sus altas tasas de crecimiento, la abundancia de SAR11 disminuyó aproximadamente un 90% en cinco días. Esto sugiere que las células fueron rápidamente diezmadas por depredadores y/o infecciones virales. Ahora, los investigadores del Max Planck han investigado qué se esconde exactamente detrás de este fenómeno.
Imagen: Puesta de sol sobre la isla de Helgoland en la ensenada alemana, donde los investigadores del Instituto Max Planck de Microbiología Marina obtuvieron sus muestras. © Jan Brüwer/Instituto Max Planck de Microbiología Marina
Encontrar los fagos que infectan SAR11
"Queríamos saber si las bajas cifras de SAR11 se debían a fagos (también llamados bacteriófagos), es decir, virus que infectan específicamente a las bacterias", explica Jan Brüwer, que realizó el estudio en el marco de su tesis doctoral. "Responder a esta pregunta aparentemente sencilla supuso un gran desafío metodológico".
¿Cómo funciona la infección por fagos? Los fagos infectan bacterias introduciendo en ellas su material genético. Una vez allí, se replican y utilizan los ribosomas bacterianos para producir las proteínas que necesitan. Los investigadores de Bremen utilizaron una tecnología que les permitió "seguir" el material genético del fago dentro de la célula.
"Podemos teñir los genes de fagos específicos y luego verlos al microscopio. Como también podemos teñir el material genético de SAR11, podemos detectar simultáneamente células SAR11 infectadas con fagos", explica Brüwer.
Si bien esto puede parecer sencillo, el bajo brillo y el pequeño tamaño de los genes de los fagos dificultaron detectarlos a los investigadores. No obstante, se analizaron con éxito miles de imágenes microscópicas, lo que aportó interesantes noticias.
"Hemos visto que las bacterias SAR11 están siendo atacadas masivamente por fagos", afirma Brüwer. "Durante los períodos de rápido crecimiento, como los asociados con la floración de algas en primavera, casi el 20% de las células estaban infectadas, lo que explica el bajo número de células. Por lo tanto, los fagos son el eslabón perdido que explica este misterio".
Imagen: Bajo el microscopio, los científicos identificaron las células zombis SAR11 por su clara falta de ribosomas. En un ejemplo que compara una célula SAR11 viva infectada con una célula zombi infectada. Crédito: Jan Brüwer, Instituto Max Planck de Microbiología Marina
Células zombies: un fenómeno global
Para sorpresa de los científicos, las imágenes revelaron aún más. "Descubrimos que algunas de las células SAR11 infectadas con fagos ya no contenían ribosomas. Estas células probablemente se encuentran en un estado de transición entre la vida y la muerte, por eso las llamamos células 'zombis'", explica Brüwer.
Las células zombis representan un fenómeno novedoso observado no sólo en cultivos puros de SAR11 sino también en muestras recolectadas en Helgoland. Además, el análisis de muestras del Atlántico, el Océano Austral y el Océano Pacífico reveló la presencia de células zombis, lo que indica que este fenómeno ocurre en todo el mundo.
"En nuestro estudio, las células zombies representan hasta el 10% de todas las células del mar. La aparición global de células zombies amplía nuestra comprensión del ciclo de infección viral", enfatiza Brüwer. "Sospechamos que en las células zombies, los ácidos nucleicos contenidos en los ribosomas se descomponen y reciclan para producir nuevo ADN fago".
Brüwer y sus colegas plantean la hipótesis de que no sólo las bacterias SAR11, sino también otras bacterias, pueden convertirse en zombis. Por ello, quieren investigar más a fondo la distribución de las células zombis y su papel en el ciclo de infección viral.
"Este nuevo hallazgo demuestra que la población de SAR11, a pesar de dividirse tan rápidamente, está controlada y regulada en gran medida por fagos", afirma Brüwer.
"SAR11 es muy importante para los ciclos biogeoquímicos globales, incluido el ciclo del carbono, por lo que debe redefinirse su papel en el océano. Nuestro trabajo destaca el papel de los fagos en el ecosistema marino y la importancia de las interacciones microbianas en el océano".
El trabajo se publica en la revista Nature Communications: Globally occurring pelagiphage infections create ribosome-deprived cells
