IV. LISOGENIA

POCO tiempo despu�s de que fueron descubiertos los fagos, se aislaron cepas bacterianas que parec�an ser portadoras silenciosas de ciertos tipos de fagos. Los l�quidos obtenidos a partir de cultivos de estas cepas portadoras mostraban la presencia de fagos; sin embargo, las cepas portadoras no eran sensibles a ser destruidas por el fago que portaban. Por otra parte, cepas de bacterias emparentadas con la cepa portadora resultaban ser sensibles al fago presente en las cepas portadoras. Las cepas de bacterias portadoras de fagos silenciosos o latentes fueron denominadas cepas lisog�nicas. A principios de los a�os cincuenta se descubri� que los fagos son capaces de adsorberse a las bacterias lisog�nicas, pero no se produce la subsecuente lisis de estas bacterias. Por otra parte, cuando el fago procedente de una cepa lisog�nica es sembrado en una cepa de bacterias sensibles, se pueden aislar en estos cultivos colonias de bacterias que se comportan igual que las cepas lisog�nicas. En 1950, Andr� Lwoff cultiv� una sola c�lula procedente de una cepa lisog�nica de Bacillus megaterium y observ� bajo el microscopio la divisi�n de esta bacteria. Posteriormente, Lwoff removi� una de las c�lulas hijas junto con un poco del medio de cultivo. Este proceso fue repetido varias veces: cada vez que se divid�a la c�lula remanente, era removida una de las c�lulas hijas y algo del medio de cultivo; las c�lulas hijas y el viejo medio de cultivo fueron sembrados en agar para determinar si daban origen a una poblaci�n de bacterias lisog�nicas y a la presencia de fago en el medio de cultivo. Estos experimentos mostraron que las bacterias lisog�nicas pueden crecer y dividirse sin liberar fagos al medio de cultivo. Sin embargo, por alguna raz�n desconocida, algunos filtrados obtenidos a partir de extractos de bacterias lisog�nicas mostraban la presencia de part�culas virales, o sea, fagos. Lwoff razon� que en las cepas lisog�nicas el fago se encuentra en forma de un precursor no infeccioso al que denomin� profago. La lisis de algunas de estas bacterias lisog�nicas ocurre solamente cuando estas c�lulas han sido estimuladas para producir fagos. Lwoff y colaboradores observaron que la irradiaci�n con luz ultravioleta (U.V.) era capaz de inducir la producci�n de fagos en una poblaci�n de bacterias lisog�nicas, mismas que eran lisadas en la medida que se incrementaba la concentraci�n de fagos liberados al medio de cultivo. Por lo tanto, una bacteria lisog�nica posee la capacidad de heredar el fago a sus descendientes, muy pocos de los cuales se lisar�n en forma espont�nea. Sin embargo, la mayor parte de la progenie de una bacteria lisog�nica puede ser inducida a producir el fago por medio de la irradiaci�n con U.V. o tratamiento con otros factores inductores. Se denomina temperados a los bacteri�fagos capaces de existir en forma de profago en el interior de una bacteria hospedera. Despu�s de que el profago ha sido inducido por irradiaci�n, ocurre un breve periodo de eclipse en el cual no se puede detectar la presencia del fago dentro de la bacteria. Sin embargo, es posible detectar la aparici�n de prote�nas y �cido nucleico espec�ficos del fago; estos elementos ser�n ensamblados para formar los nuevos fagos maduros poco antes de que ocurra la lisis de la bacteria hospedera.

En 1951, Esther Lederberg descubri� en forma accidental que la cepa de E. coli K12 era de tipo lisog�nico. El fago latente en dicha cepa fue aislado al mezclar E. coli Kl2 con derivados no lisog�nicos de esta cepa bacteriana. El fago resultante es ahora conocido como fago y representa el caso m�s estudiado del fen�meno de lisogenia.

Las bacterias infectadas por fagos temperados contin�an dividi�ndose por varias generaciones y son inmunes o resistentes a ser superinfectadas por el mismo tipo de fago que albergan o por otros fagos pertenecientes a clases emparentadas con el fago temperado original. Estas bacterias contienen cuando menos una copia �ntegra del genoma del fago. Las bacterias infectadas por fagos temperados portan la informaci�n gen�tica correspondiente al fago, a trav�s de m�ltiples divisiones bacterianas, o sea, el genoma del fago es replicado al mismo tiempo que ocurre la replicaci�n del genoma bacteriano; este hecho hace posible que la bacteria original pueda heredar el fago temperado a la subsecuente progenie bacteriana.

El genoma del fago l est� constituido por una mol�cula lineal de ADN de cadena doble; esta mol�cula posee extremos cohesivos o "pegajosos" debidos a la secuencia de nucle�tidos presentes en esa regi�n del genoma viral. Al penetrar en la bacteria, el ADN del fago l se circulariza por la interacci�n entre los extremos cohesivos de la mol�cula. Ocasionalmente, este anillo de ADN puede ser integrado en el cromosoma de la bacteria. La integraci�n ocurre en un sitio espec�fico del genoma bacteriano; en ese sitio existe una secuencia de nucle�tidos que resulta hom�loga a la de una regi�n del genoma del fago denominada att l . Cuando en forma espont�nea se alinean paralelamente estas secuencias hom�logas, el c�rculo del genoma del fago se rompe y la integraci�n se lleva a cabo por medio del entrecruzamiento entre el ADN del fago y el ADN de la bacteria; este entrecruzamiento es mediado por un factor proteico codificado por un gene del fago (int). El fago, una vez integrado, se encuentra como profago y solamente unos cuantos de sus genes son expresados (figura IV.1). Un gene en particular produce una prote�na que se comporta como un represor que inactiva la expresi�n de los otros genes virales. Este represor tambi�n act�a como un factor de inmunidad que im pide la superinfecci�n de la misma bacteria por otro fago l .

Un factor cr�tico para el mantenimiento del estado de profago est� representado por la concentraci�n de la prote�na represora en el citoplasma bacteriano. Eventos que disminuyen la concentraci�n del represor inducen la expresi�n del genoma viral completo. Un ejemplo de lo anterior ocurre cuando una bacteria lisog�nica masculina, o sea, poseedora del factor de conjugaci�n F (bacteria F+), se conjuga con una bacteria no lisog�nica femenina (F-) introduciendo en el citoplasma de la bacteria femenina un fragmento de ADN que incluye al profago. Debido a que en el citoplasma de la c�lula receptora no existen mol�culas del represor para el fago l, se produce una r�pida inducci�n de la expresi�n del genoma viral y la subsecuente lisis de la bacteria receptora.

Figura IV. 1.(a) Modelo de Campbell para la inserci�n del ADN del fago en el cromosoma bacteriano. (b) Mapa gen�tico del fago. (c) Reordenamiento de los genes del fago despu�s de inserci�n del ADN del fago en el cromosoma bacteriano. Los s�mbolos gal y trp representan los operones de la galactosa y del tript�fano, respectivamente.

La transici�n entre el estado de profago y la infecci�n productiva de tipo l�tico inducen que el ADN viral se separe del cromosoma bacteriano por medio de la formaci�n de una asa de ADN viral, la cual es cortada y liberada del cromosoma por mediaci�n de prote�nas codificadas por los genes xis e int del fago. Una vez liberado el genoma viral, los extremos cohesivos se re�nen formando una mol�cula circular de ADN viral.

Algunas veces ocurren errores en el proceso de corte o escisi�n, de manera que el ADN liberado del cromosoma incluye peque�os segmentos correspondientes al ADN bacteriano adyacente al profago. Por ejemplo, el ADN bacteriano presente a la izquierda del profago se incluye secuencias correspondientes de los genes del oper�n de la galactosa, los cuales codifican enzimas involucradas en el metabolismo y procesamiento del carbohidrato galactosa. Generalmente, el error en la escisi�n, mismo que resulta en la inclusi�n de una porci�n del genoma bacteriano, tambi�n ocasiona una p�rdida rec�procamente proporcional del genoma viral. Por ejemplo, cuando por error se incluyen los genes del oper�n de la galactosa en el ADN liberado, se pierden genes normalmente presentes en el extremo derecho del genoma del fago. El genoma viral defectuoso sirve tomo templado para la replicaci�n del ADN, de manera que los nuevos fagos tendr�n genes para la utilizaci�n de la galactosa y a la vez carecer�n de algunos genes virales que salieron perdidos durante el proceso de escisi�n. Cuando se infectan con este fago defectuoso bacterias mutantes que tienen un defecto en el oper�n de la galactosa (bacterias Gal-), en condiciones favorables al proceso de lisogenizaci�n, es posible que la inserci�n del genoma viral en el cromosoma de la bacteria mutante resulte en la adquisici�n de las funciones para la utilizaci�n de la galactosa, previamente ausentes en la bacteria mutante. A este fen�meno se le conoce como transducci�n y los fagos capaces de inducirlo son denominados fagos transductantes, los cuales tienen la capacidad de introducir en las bacterias infectadas fragmentos de ADN que codifican funciones previamente ausentes en esas bacterias. En general, los fagos transductantes son defectuosos en su propia replicaci�n debido a que carecen de ciertos genes virales necesarios para este proceso. Por lo tanto, estos fagos defectuosos s�lo pueden propagarse en presencia de fagos normales (auxiliares) capaces de proporcionar los factores codificados por la regi�n del ADN ausente en los fagos defectuosos.