Come stai celebrando l'Anno di Fago? Anche se non hai mai sentito parlare di questi piccoli virus che uccidono i batteri, li hai sicuramente incontrati. Trilioni di batteriofagi, o fagi e virus simili esistono sul pianeta e in molti posti superano persino i batteri locali.
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I fagi sono specializzati nell'infezione di batteri e nello scambio di geni in modo che possano usare i loro ospiti per replicarsi. Nelle loro varie forme, i fagi alla fine guidano i processi biologici all'interno del corpo e attraverso gli ecosistemi. Ora, un secolo dopo la loro scoperta, c'è ancora molto da imparare su queste minuscole creature e le loro possibilità allettanti - come come progettare virus fagici ingegnerizzati che possono assassinare anche le infezioni batteriche più resistenti ai farmaci.
Forest Rohwer della San Diego State University, co-autore di Life in Our Phage World, spiega perché vuole che il mondo contrassegni il 2015 come Anno del Phage:
Perché celebrare i fagi adesso?
Sono passati 100 anni che conosciamo davvero queste cose. A seconda di chi vuoi dire per primo i fagi scoperti, il primo esempio piuttosto concreto è stato nel 1915. [Il batteriologo britannico Frederick W. Tort è generalmente accreditato della scoperta.] E ora, dopo un vero rallentamento del numero di persone nel sul campo, direi che c'è stata una rinascita negli ultimi dieci anni circa. Le persone stanno riconoscendo che queste cose sono i principali attori degli ecosistemi, della diversificazione microbica, della condivisione dei geni, ovunque. Quindi puoi davvero essere coinvolto e contribuire in questo campo e scoprire alcune cose nuove, grandi e importanti. Dal punto di vista di un biologo, è molto divertente.
Il fatto che siano così onnipresenti è quasi sconcertante.
Ci sono circa 10 milioni di fagi in un solo millilitro di acqua di mare e quasi 100 milioni in un grammo di terreno. Sono davvero ovunque, essenzialmente in tutto ciò che ti viene in mente, e sono incredibilmente diversi. Ma fanno solo parte del sistema. Sono totalmente innocui per noi, nella maggior parte dei casi. In effetti, probabilmente ci stanno aiutando per la maggior parte.
Che tipo di cose fanno?
Bene, un confronto tra zombi è corretto per un comportamento. I fagi entrano e fanno del loro DNA parte del DNA dei batteri, e questo spesso fa fare ai batteri cose diverse da quelle che altrimenti avrebbero. Un buon modo di pensare a come funziona è immaginare la simbiosi in una vasta gamma, dagli agenti patogeni al mutualismo. In qualsiasi sistema di questo tipo, sembra che i geni che stanno eseguendo gli adattamenti locali vengano acquisiti tramite trasferimento. Nell'intestino umano, ad esempio, hai un certo insieme di batteri che vivono con te, ma ciò che accade nel corso della vita è che quei batteri acquisiranno geni [dai fagi] che possono essere utili, dannosi o neutri il padrone di casa.
Quindi questo scambio di DNA può avere una vasta gamma di risultati?
Destra. Questa è in realtà l'area in cui i fagi possono talvolta essere dannosi per le persone, quando i geni che causano una malattia sono trasportati da un fagi. Quindi molti patogeni esistono solo perché un batterio che normalmente non è un agente patogeno ha diversi geni aggiunti da un fagi. Probabilmente l'esempio più famoso è il colera, dove sanno davvero bene come il fagi causa quella malattia. Succede anche con molti ceppi di E. coli che causano intossicazione alimentare.
La vita nel nostro mondo di fagi
AcquistareE il lato utile?
Se guardi attraverso una barriera corallina, hai fondamentalmente gli stessi tipi di batteri associati alla barriera corallina. Ma poi vedi in posti diversi, sono stati acquisiti diversi geni che consentono ai batteri di adattarsi alle loro condizioni locali. E in quel caso è una buona cosa, per quanto riguarda la promozione della salute generale della barriera corallina. L'altro lato sta solo uccidendo i batteri, perché quello è il loro alimento. Questa è davvero l'altra cosa principale che fanno.
Come può questo assassinio batterico funzionare per colpire la malattia?
È un pensiero da 100 anni. Inizialmente la gente pensava di aver trovato un proiettile magico, i microbi per uccidere i microbi. Ma poi abbiamo iniziato a usare antibiotici e per la maggior parte sono quelli che usiamo ancora oggi. I luoghi in cui possono usare molto la terapia dei fagi sarebbero in Russia o in Polonia. Ma c'è un qualche tipo di movimento per usarli di nuovo nel mondo occidentale, in particolare poiché molti batteri sono diventati resistenti agli antibiotici.
Perché il loro potenziale per combattere le malattie è così grande?
Ci sono alcuni vantaggi Gli antibiotici praticamente uccidono tutti i batteri, o gran parte di essi, e in molti casi non lo si desidera. Non vuoi uccidere tutti i batteri nell'intestino ogni volta che hai quell'infezione. Ecco perché i fagi sono così interessanti: prendono di mira e cacciano un particolare ceppo di agenti patogeni. Inoltre, un fagi diventa un milione in un paio d'ore. Un antibiotico non amplifica mai, devi continuare a metterli nel tuo corpo. Ma con i fagi, se i batteri bersaglio sono lì, attirerà più di queste cose che lo stanno uccidendo, che è ciò che speri. E poi quando i batteri bersaglio scompaiono, anche i fagi che si nutrono di esso dovrebbero scomparire.
Possiamo creare artificialmente fagi in modo che possano colpire esattamente i batteri nocivi che stiamo cercando?
Sì. Penso che isolarli da molti diversi fagi in natura abbia un po 'di storia sordida - a volte funziona, a volte no - e da un punto di vista normativo sarà sempre un po' impreciso. Credo che la sintesi sia la strada da percorrere. Li stiamo progettando da un bel po ', dagli anni '70 o forse anche prima, e ne sappiamo un bel po'. Puoi semplicemente prendere un pezzo specifico di DNA, aggiungerlo a una provetta che contiene le parti proteiche che compongono un fagi, e ne ottieni un fagiolo praticabile. Il DNA avvia la creazione di un fagi praticabile, quindi è davvero una specie di nanomacchina magica.
Sembra l'ideale, quindi qual è il problema dei nuovi trattamenti di fagi?
Spendiamo centinaia di milioni di dollari per sviluppare un antibiotico. Finora, non c'è stato davvero quel tipo di investimento di cui avresti bisogno per sviluppare fagi fino al livello in cui la maggior parte di noi sarebbe a suo agio nell'usarli. Se ho un'infezione batterica, vado ancora con gli antibiotici in questo momento.
Quanto dobbiamo ancora imparare dopo un secolo di studi sui fagi?
Sappiamo molto su alcuni di essi perché erano gli strumenti utilizzati per sviluppare la biologia molecolare, scoprire come funziona il DNA e imparare davvero come studiare le cose a livello molecolare. Quindi in quel caso sappiamo molto. Quando si tratta di ciò che sta accadendo nell'ambiente, sappiamo a grandi linee che tipo di cose stanno facendo, ma riguardo ai dettagli di ciò che sta accadendo, anche nel corpo umano, sappiamo molto poco.
La loro diversità genetica, per lo più sconosciuta, è incredibile. Nella maggior parte dei campi possiamo dire di non sapere cosa stia facendo un particolare gene, ma almeno lo abbiamo già visto prima. Con roba da fagi puoi andare in qualsiasi ambiente tu voglia scegliere e la maggior parte dei geni che stanno trasportando, forse l'80%, non solo non sappiamo nulla di quei geni, ma non li abbiamo mai visti prima. È una scienza iniziale a questo punto, e ci sono nuove scoperte in corso continuamente. È uno di quei posti dove chiunque può andare e sei praticamente sicuro di trovare qualcosa di interessante.
