La Red Temática FAGOMA tiene como objetivos hacer frente conjuntamente a una serie de retos, todos ellos alineados con los Retos de la Sociedad que se planean en la Estrategia Española de Ciencia y Tecnología y de Innovación y que podríamos resumir en los siguientes:
Reto 1.- Mejora de la calidad y seguridad alimentaria.
En la actualidad, la preocupación por la calidad y la seguridad de los alimentos sigue siendo un aspecto prioritario en nuestra sociedad, que además se enfrenta al desafío de hacerla compatible con una producción sostenible y adaptada a la demanda creciente de alimentos. Los bacteriófagos y ciertas proteínas fágicas (endolisinas y peptidoglicano hidrolasas asociadas al virión) pueden usarse para inhibir el desarrollo de bacterias patógenas en los alimentos y así evitar la aparición de brotes alimentarios. Varios grupos de investigación están implicados en los diferentes aspectos de los bacteriófagos, estudiando desde la biología básica hasta su aplicación en la industria alimentaria.
Reto 2.- Obtención de nuevos antimicrobianos.
El constante incremento en las infecciones provocadas por bacterias multirresistentes a los antibióticos ha generado una alarma a nivel internacional de la que se ha hecho eco la Organización Mundial de la Salud (OMS) a través de su plan de acción contra la resistencia a los antibióticos. Uno de los objetivos de dicho plan es el desarrollo de nuevos antimicrobianos que sean capaces de eliminar las bacterias resistentes, ya que estamos irremediablemente abocados a la era post-antibiótica. Además, el control en la dispersión de la resistencia ha de realizarse mediante el concepto de “One Health” que promueve una estrategia conjunta que abarca, no sólo la población humana, sino un control en el uso de antibióticos y sustancias biocidas en granjas, industrias, etc., los cuales son posteriormente vertidos al medio ambiente. La capacidad antimicrobiana de los fagos permite reducir la carga bacteriana en animales de granja disminuyendo así la probabilidad de transmisión de bacterias zoonóticas a la cadena alimentaria y evitando la utilización de antibióticos para el control de enfermedades en el sector primario. De modo similar, los bacteriófagos también pueden utilizarse en el control de bacterias fitopatógenas. Las endolisinas (enzibióticos) tienen una alta actividad antimicrobiana frente a patógenos que ha sido demostrada en modelos animales de infección. Un objetivo claro es desarrollar productos fágicos aplicables al tratamiento de infecciones causadas por bacterias resistentes a los antibióticos en humanos.
Reto 3.- Desarrollo de herramientas de aplicación en biomedicina.
El futuro de la asistencia sanitaria pasa por el desarrollo de una medicina personalizada en la que el análisis de los datos genómicos y clínicos del paciente permitirá prevenir y tratar las enfermedades, previendo cuál va a ser la respuesta al tratamiento, que será personalizado para cada paciente. Además, los avances en la edición del genoma humano permitirán reparar defectos y prevenir o curar ciertas enfermedades de manera también individualizada. Todos estos avances requieren de herramientas altamente sofisticadas, que van desde aquellas que permiten la manipulación genética, hasta las necesarias para el desarrollo de técnicas de diagnóstico muy precisas. El estudio de los procesos de replicación y recombinación del ADN utilizando como modelo los bacteriófagos, ha dado lugar a importantes aplicaciones en la biotecnología y en la medicina, como son el desarrollo de kits de diagnóstico de enfermedades tan importantes como el cáncer. Por otra parte, los sistemas de evolución experimental de bacteriófagos permiten entender los procesos de adaptación y los factores que gobiernan la diversidad genética y que, además, se utilizan para la selección de virus como agentes terapéuticos. Los grupos de investigación implicados en este reto son expertos en la biología molecular de bacteriófagos que buscan aplicaciones para el diagnóstico y tratamiento de enfermedades y también en múltiples campos de la biotecnología.
Reto 4.- Frenar la dispersión de la resistencia a antibióticos mediada por bacteriófagos.
La transferencia horizontal de genes constituye el principal mecanismo de evolución en procariotas; dicha transferencia es mediada por elementos genéticos móviles (plásmidos, transposones, islas de patogenicidad y bacteriófagos). En el caso de bacterias patógenas, resulta de especial interés conocer los mecanismos de dispersión, en determinados ambientes, de genes de resistencia a antibióticos, o de genes de virulencia en general. Los fagos actúan como vehículos para la transmisión a partir de los genomas de las propias bacterias (transducción generalizada y especializada) o bien como portadores de determinados genes en sus genomas (morones) que posteriormente, se pueden estabilizar en el genoma bacteriano mediante lisogenia. En otros casos, la movilización se realiza mediante islas de patogenicidad que se activan tras la infección fágica. Dichas islas se empaquetan en cápsidas fágicas modificadas para adaptarlas a su nueva función. Los fagos pueden ser portadores de toxinas y de genes de resistencia a antibióticos, por lo que los estudios acerca de la distribución de estos fagos en muestras ambientales, de animales, alimentos y aguas residuales, etc. son de gran interés para el diseño de estrategias de control de su transferencia y para el control de la dispersión de genes de resistencia a antibióticos.
Reto 5.- Dilucidar el papel de los bacteriófagos en los microbiomas.
El avance en las técnicas de identificación de microorganismos independientes de cultivo ha abierto las puertas a un conocimiento más profundo de los virus y bacterias que componen los ecosistemas microbianos naturales. Un ejemplo son los ecosistemas marinos, esenciales para el funcionamiento del planeta, ya que participan en la transformación de elementos químicos como el carbono, el nitrógeno, el fósforo, el oxígeno, etc., y de enorme importancia en las cadenas tróficas o en el clima. En conjunto, los distintos grupos de investigación son expertos en el manejo de técnicas punteras de genómica y proteómica, y sus estudios están claramente relacionados con el conocimiento de la evolución de bacteriófagos y su papel en ambientes naturales. Los estudios relacionados con los océanos resultan de vital importancia para el Crecimiento Azul, una estrategia de la UE para apoyo al crecimiento sostenible de los sectores marino y marítimo. Se están estudiando ecosistemas tan diferentes como el Ártico o el Mediterráneo, donde los ciclos lítico y lisogénico de los fagos tienen gran impacto sobre las poblaciones bacterianas. Además, la aplicación de las técnicas de metagenómica y metatranscriptómica al estudio de comunidades microbianas han permitido proponer modelos de evolución de las poblaciones procariotas y de los bacteriófagos que las infectan. Finalmente, la tecnología de Genómica de Virus Individuales independientes del cultivo es útil para profundizar en el conocimiento del microbioma y viroma humanos, lo que resulta de gran relevancia para la salud humana.
Reto 6.- Diseño de nanomáquinas.
El estudio de la estructura tridimensional de las proteínas y de los complejos proteicos mucho mayores, como son las partículas fágicas, requiere de técnicas muy complejas como son la cristalografía, criomicroscopía electrónica, criotomografía, etc. Los resultados que se obtienen de estos estudios resultan imprescindibles para entender los procesos de morfogénesis de los bacteriófagos y además, tienen aplicación en varios campos de estudio. Por ejemplo, la estructura de algunas proteínas fágicas ha permitido modificar específicamente regiones de las mismas para adaptar su función a un determinado requerimiento. Así, en la mejora de la terapia fágica, los conocimientos sobre la estructura de las proteínas de las fibras de los bacteriófagos y de los receptores bacterianos de los mismos permite modificar y ampliar el rango de huésped, con el fin de aumentar su eficacia en aplicaciones terapéuticas.