Efectos ecológicos de la resistencia a los fagos en entornos marinos
Las bacterias marinas son clave para determinar si el carbono se recicla cerca de la superficie del océano o se transporta a aguas más profundas, pero muchas operan bajo la amenaza constante de ser infectadas por virus llamados fagos y mutan para defenderse de esas infecciones.
La consiguiente carrera armamentista evolutiva entre las bacterias que se automodifican y los virus que contraatacan plantea preguntas: ¿Cuánto le cuesta a una célula resistir las infecciones y cómo altera esto el funcionamiento de los ecosistemas?
Un estudio explora los mecanismos de resistencia a los fagos
En un nuevo estudio, los investigadores han explorado los mecanismos de resistencia a los fagos y sus efectos en las tareas ecológicas realizadas por las bacterias oceánicas.
El equipo descubrió que algunas de las mutaciones estudiadas no interfieren con la capacidad de las bacterias de llevar a cabo su trabajo de capturar y hundir el carbono en el fondo del océano (e incluso pueden mejorarla) gracias a que confieren a las células una cualidad "pegajosa".
El estudio también reveló dos tipos de mutaciones: las mutaciones superficiales más comunes, que impiden la entrada de fagos, y otro tipo de mutación metabólica presente en el interior de las bacterias. Estas mutaciones han sido mucho menos estudiadas e indicarían que un virus podría entrar en la célula, pero no podría generar más virus.
"Descubrimos que tanto las mutaciones metabólicas como las superficiales hacían que las bacterias se volvieran más pegajosas, pero solo en los mutantes superficiales esos cambios provocaban que las células se hundieran con mucha más facilidad. Esto fue muy evidente", afirmó Marion Urvoy, coautora principal del estudio e investigadora postdoctoral asociada en microbiología en la Universidad Estatal de Ohio.
"Y eso es genial si lo piensas, porque es importante la exportación de carbono en el océano. Por estudios anteriores, sabemos que la abundancia de virus es el mejor predictor de la exportación de carbono, más que cualquier otro organismo, pero desconocemos todos los mecanismos que la explican. Es posible que la selección de mutantes superficiales mediante infección, que promueve el hundimiento de las bacterias, sea una explicación".
Imagen derecha: Se aislaron trece mutantes de Cba18-WT infectados con phi18:1 o phi18:4. Crédito: Nature Microbiology (2025). DOI: 10.1038/s41564-025-02202-5
Detalles del enfoque experimental
El estudio se centró en 13 mutantes resistentes a fagos, desarrollados a partir de la bacteria Cellulophaga baltica, contra dos tipos de fagos, que representan sistemas modelo ecológicamente relevantes.
Después de infectar las bacterias con estos fagos y aislar las células mutadas resistentes a los fagos, los investigadores realizaron experimentos y crearon modelos computacionales para ver cómo se comportaban los mutantes. Los resultados mostraron que las mutaciones de superficie clásicas que bloqueaban la entrada de fagos eran completamente resistentes a varios fagos, pero las mutaciones metabólicas internas proporcionaban resistencia específica a un solo fago a la vez.
El equipo logró desentrañar los efectos de uno de los dos cambios intracelulares observados. Esta mutación alteró el proceso de producción de un solo aminoácido que ayuda a sintetizar varios lípidos (moléculas grasas dentro de la célula que almacenan energía, forman membranas y envían señales, entre otras funciones).
"La mutación afectó al conjunto de lípidos, lo que impidió la replicación del fago", explicó Urvoy. "Nuestra teoría es que, dado que el fago necesita estos lípidos para ensamblar nuevas partículas virales, no puede ensamblarse al final del ciclo de replicación porque falta una de las partes clave".
Imagen: Modelo conceptual de cómo las mutaciones de resistencia a los fagos impactan en las funciones a escala celular y del ecosistema. Crédito: Nature Microbiology (2025). DOI: 10.1038/s41564-025-02202-5
Implicaciones ecológicas e investigación futura
Volviendo a los aspectos ecológicos de las mutaciones de resistencia de los fagos, el estudio mostró que las mutaciones tenían un costo para las bacterias y, potencialmente, para la comunidad microbiana.
"Demostramos que todas estas mutaciones, ya sea que afecten la superficie celular o su metabolismo, tienen un costo en términos de tasas de crecimiento. Es decir, las células crecen más lentamente, y si se afecta la tasa de crecimiento de un organismo, inevitablemente se afectará a otros miembros de la comunidad", dijo Urvoy.
"Encontramos que esta disminución del crecimiento era más pronunciada en el caso de los mutantes de superficie, por lo que son más resistentes a más fagos, pero a costa de un crecimiento más lento en general".
Pero la pegajosidad y la actividad de hundimiento de los mutantes de la superficie resultaron ser un hallazgo crítico cuando se trata de la bomba biológica marina que ayuda a hundir el carbono en las profundidades del mar.
El hallazgo se basa en un trabajo anterior dirigido por la coautora principal Cristina Howard-Varona, científica investigadora en microbiología en la Universidad Estatal de Ohio, que muestra que las cianobacterias que realizan la fotosíntesis en el océano, cuando son infectadas simultáneamente por fagos y estresadas por microbios depredadores hambrientos cercanos, podrían absorber más carbono.
Howard-Varona planea realizar más estudios sobre los mecanismos subyacentes a las mutaciones metabólicas contra los fagos.
"Esto realmente abre la puerta a examinar más la resistencia intracelular, ya que está muy poco estudiada", dijo. "Si añadimos más tipos de fagos, ¿Obtenemos más mutaciones y más tipos de mecanismos que desconocemos? Esto es solo la punta del iceberg".
"Es importante comprender lo que sucede en el océano, ya que afecta al clima a nivel global. En el caso de los microorganismos, necesitamos comprender su impacto en el carbono, ya que determinan si este se hunde o se libera a la atmósfera, y ese resultado repercute en nuestras vidas", afirmó Urvoy.
"Nuestro trabajo y otros trabajos muestran que los virus, como componentes del microbioma marino, también desempeñan un papel, quizás central, y necesitamos comprender cómo afectan a las bacterias y cómo esto encaja en el panorama general".
La investigación se publicó recientemente en Nature Microbiology: Phage resistance mutations in a marine bacterium impact biogeochemically relevant cellular processes
