Os vírus que infectam e matam bactérias, chamados fagos, prometem ser novos tipos de tratamento para infecções perigosas, incluindo cepas que se tornaram resistentes a antibióticos. No entanto, os virologistas sabem pouco sobre como os fagos persistem nas populações de células bacterianas que infectam, dificultando o desenvolvimento de terapias com fagos.

Publicado na revista Science , um novo estudo oferece a primeira evidência de que uma única espécie bacteriana, hospedeira de um fago, pode manter uma comunidade diversificada de espécies de fagos concorrentes.

Liderado por pesquisadores da Escola de Medicina Grossman da NYU, em Oxford, e da Universidade de Yale, o estudo mostrou que diversas espécies de fagos coexistem de forma estável em uma população de uma cepa geneticamente uniforme de E. coli, uma espécie bacteriana que coloniza o intestino humano e inclui versões causadoras de doenças.

Os pesquisadores descobriram que, apesar da competição entre os vírus, diferentes espécies de fagos preferiam células de crescimento mais lento ou mais rápido que apareciam aleatoriamente na população. Dessa forma, cada espécie de fago foi capaz de encontrar um nicho separado no mesmo hospedeiro, levando à coexistência estável.

A falta de acesso local a nutrientes (fome), por exemplo, pode retardar o crescimento de algumas células para preservar recursos escassos. No estudo atual, duas espécies de fago, rotuladas N e S, coexistiram porque N era mais apto a sobreviver em células bacterianas de crescimento rápido, enquanto o fago S era melhor em células de crescimento lento.

Os projetistas de terapias de fagos esperam evitar o problema no tratamento com antibióticos, onde um certo medicamento mata bactérias, mas deixa viva a fração que por acaso é a mais resistente ao mecanismo de ação daquele medicamento. Esses sobreviventes são uma grande preocupação porque se tornaram resistentes aos tratamentos disponíveis.

"Saber como mais de um tipo de fago pode sobreviver ao longo do tempo em uma única bactéria pode ajudar a projetar coquetéis de fagos de última geração", disse a primeira autora do estudo, Nora Pyenson, Ph.D., uma pesquisadora de pós-doutorado no laboratório do coautor Jonas Schluter, Ph.D., do Instituto de Genética de Sistemas da NYU Langone Health.

"Por exemplo, cada espécie de fago pode atacar a bactéria em uma parte diferente de seu ciclo de vida, permitindo que toda a população seja morta antes que a resistência ao tratamento evolua."

"Nenhuma terapia com fagos se tornou um tratamento padrão para infecções bacterianas até agora, seja porque em tentativas anteriores um único fago não matou todas as bactérias alvo ou porque as bactérias evoluíram para serem resistentes, semelhante à evolução da resistência a antibióticos", acrescenta o Dr. Pyenson.

Os laboratórios já estão testando tratamentos com fagos como uma alternativa aos antibióticos. Um coautor do artigo atual, Paul Turner, Ph.D., da Universidade de Yale, por exemplo, lidera um ensaio clínico que usa fagos contra a espécie Pseudomonas aeruginosa, que pode contribuir para inflamação grave nos pulmões de pacientes com fibrose cística.

O laboratório do Dr. Schluter está estudando o papel dos fagos no ecossistema intestinal de humanos e camundongos que podem moldar futuras terapias para infecções como a Salmonella. Um objetivo principal é antecipar o impacto da administração de fagos e projetar terapias de fagos que, diferentemente das versões atuais que devem ser adaptadas a um único paciente, funcionem universalmente em muitos pacientes.

Entender a diversidade de espécies é uma questão fundamental em ecologia e biologia evolutiva. Um fator importante que permite a diversidade, de pássaros a plantas e bactérias, é que as espécies encontram maneiras de coexistir enquanto ainda competem por recursos. No entanto, os vírus não eram tradicionalmente pensados ??neste contexto "social".

A atual equipe de pesquisa testou experimentalmente a antiga suposição de que a diversidade genética de bactérias limita a diversidade de espécies virais. Isso levou a uma expectativa de que um tipo de fago superaria todos os outros para ser o único sobrevivente. No entanto, assim como organismos multicelulares hospedam uma ampla gama de espécies bacterianas dentro de seu microbioma, os novos resultados mostram que uma única cepa bacteriana pode, por si só, hospedar uma comunidade diversa de espécies de fagos.

"Nosso estudo contribui para o crescente campo de estudo da vida social dos vírus ", acrescenta o Dr. Pyenson.

"Frequentemente pensamos em vírus puramente em termos de seu impacto no hospedeiro, mas eles também existem no contexto de outras espécies virais. Essas comunidades de fagos mostram como a diversidade emerge mesmo entre os pedaços mais simples da biologia."

Curiosamente, a presença de uma população diversa de bactérias no intestino humano é um sinal de saúde, pois o conjunto diverso de espécies (microbioma) é mais capaz de resistir a tentativas de dominância por qualquer espécie invasora causadora de doenças. Da mesma forma, a população de vírus que ocupa as bactérias que vivem no intestino também está emergindo como um importante regulador da saúde, com misturas anormais de fagos que se acredita contribuírem para condições como sepse.

"Este trabalho representa uma mudança em nossa compreensão da ecologia de fagos", disse o Dr. Schluter, também professor do Departamento de Microbiologia da NYU Langone. "Graças ao trabalho de Nora, que ela realizou durante uma pandemia e em quatro laboratórios, agora podemos começar a entender a evolução dos fagos quando eles estão em uma comunidade com diversas espécies virais e como isso molda seu papel na saúde e na doença."