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# Biología # Microbiología

El Fascinante Mundo del Fago G

Explora las maravillas y misterios del Fago G, un gigantesco virus único.

Andra Buchan, Stephanie Wiedman, Kevin Lambirth, Madeline Bellanger-Perry, Jose L. Figueroa III, Elena T. Wright, Patil Shivprasad Suresh, Qibin Zhang, Julie A. Thomas, Philip Serwer, Richard Allen White III

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Fago G: El Gigante Viral Fago G: El Gigante Viral potencial. Descubre los misterios del Fago G y su
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Los Fagos, o bacteriófagos, son virus diminutos que atacan las bacterias. Se pueden encontrar en casi cualquier lugar, desde manantiales termales hasta nuestros propios intestinos. A pesar de ser abundantes y diversos, la mayoría de los fagos son bastante pequeños, con Genomas (el conjunto completo de genes) que suelen tener menos de 200,000 pares de bases. Sin embargo, un tipo de fago particularmente interesante se conoce como megafagos. Estos superhéroes del mundo de los fagos tienen genomas mucho más grandes, midiendo más de 500,000 pares de bases.

El fago más grande descubierto hasta ahora, conocido como Mar_Mega_1, fue encontrado recientemente en las aguas alrededor de Plymouth Sound, Reino Unido. A pesar de su impresionante tamaño, cultivar megafagos ha resultado ser un desafío. En los últimos 50 años, solo un megafago, llamado Fago G, ha sido aislado y cultivado exitosamente en un laboratorio.

El Nacimiento del Fago G

El Fago G entró por primera vez en el ojo científico en el Laboratorio Donelli en Roma en 1968. Fue una época de exploración, y el Fago G no fue la excepción. Aunque su fuente original es un misterio, se estableció que el Fago G infecta a una bacteria llamada Lysinibacillus. En los años 70, fue transferido a otro laboratorio en Washington, donde siguió atrayendo atención.

Avancemos hasta 2020, y un laboratorio descubrió la importancia del Fago G usándolo como referencia para la imagen de otros fagos. Este laboratorio, conocido por imagen de miles de fagos, decidió donar las muestras del Fago G a una colección para estudio futuro. Esta donación abrió la puerta a muchas nuevas investigaciones.

Variantes y Cultivo del Fago G

El Fago G tiene varias cepas que han sido cultivadas a lo largo de los años. La primera cepa, conocida como la cepa tipo salvaje de la Universidad de Texas, fue enviada a varios equipos de investigación. Curiosamente, un grupo de investigación descubrió que una variante de esta cepa crecía mejor en líquidos que la original, lo que sugiere que ocurrió un cambio espontáneo.

Este descubrimiento llevó a una búsqueda por entender los cambios genéticos que ocurrieron en el Fago G a lo largo de sus 50 años de estudio. Los investigadores decidieron secuenciar los genomas de varias cepas para ver qué había cambiado.

Características Inusuales del Genoma del Fago G

El ADN del Fago G tiene algunas características curiosas. El análisis de laboratorio reveló que su ADN es tanto grande como complejo, midiendo alrededor de 499,000 pares de bases, lo que es aproximadamente tres veces más grande que muchos fagos típicos. Además, el genoma es rico en genes "hipotéticos", lo que significa que muchas de sus funciones siguen siendo un misterio.

Las pruebas genéticas mostraron que diferentes variantes del Fago G aparecían casi idénticas entre sí, diferenciándose en menos del 0.1%. Sin embargo, había algunos pequeños cambios que podrían arrojar luz sobre cómo el fago se adaptó a lo largo de los años.

El Caso de las Discrepancias Misteriosas

Una de las cosas más desconcertantes sobre el Fago G es la diferencia entre su tamaño de genoma conocido y lo que los científicos encuentran cuando realizan pruebas como la electroforesis en gel de campo pulsado. Esta confusión sugiere que podría haber modificaciones en el ADN que afectan su comportamiento en los experimentos.

Los investigadores siguen trabajando para resolver este misterio. Sospechan que el alto nivel de modificaciones químicas del ADN podría ser el culpable que causa diferentes resultados experimentales.

Una Mirada Más Cercana a la Estructura del Fago G y sus Vecinos

El Fago G pertenece a una familia conocida como Myoviridae, reconocida por una estructura única que se parece a una pequeña nave espacial. Su cabeza mide alrededor de 180 nanómetros, y su cola se extiende otros 450 nanómetros, alcanzando una longitud total de aproximadamente 630 nanómetros.

Al comparar el Fago G con su pariente más cercano, el fago Moose W30-1, los científicos descubrieron que, a pesar de algunas similitudes significativas, el fago Moose W30-1 tenía menos genes y un tamaño más pequeño. Esto indica que el Fago G puede haber evolucionado sus características únicas después de separarse de sus parientes.

La Vida Dual del Fago G

El Fago G tiene un estilo de vida interesante: está clasificado como "temperado", lo que significa que puede elegir destruir inmediatamente a sus bacterias hospedadoras o vivir pacíficamente con ellas. Sin embargo, a pesar de las predicciones que sugieren que podría ser temperado, no ha habido evidencia observada de este comportamiento en la naturaleza a lo largo de muchas décadas.

Notablemente, el Fago G lleva genes que podrían ayudarlo a persistir en su huésped, lo que podría sugerir que tiene algunos trucos bajo la manga cuando se trata de sobrevivir.

Anotaciones y Comparaciones del Genoma

Cuando los investigadores analizaron el genoma del Fago G, encontraron que muchos de sus marcos de lectura abiertos—esencialmente los segmentos de ADN que pueden producir proteínas—sigue sin caracterizarse. Destacaron que el 66% de sus genes no tienen ninguna función conocida.

Para que te hagas una idea, si el Fago G fuera un personaje en una película, la mayor parte de su historia de fondo seguiría siendo un misterio, convirtiéndolo en un verdadero enigma en el mundo viral.

El Papel de la Metilación

La metilación es un proceso que a menudo juega un papel en la regulación de la expresión genética. En el caso del Fago G, los investigadores encontraron que una porción significativa del genoma está decorada con estos grupos metilo, que podrían moldear cómo opera.

Este alto nivel de metilación podría explicar los desafíos que enfrentan los científicos al intentar clonar o manipular el Fago G en el laboratorio. La naturaleza pegajosa de estas modificaciones puede dificultar que los investigadores tengan un control claro sobre la genética del fago.

Propiedades Biofísicas del Fago G

El Fago G no solo tiene buena apariencia; también posee algunas propiedades interesantes. Los científicos realizaron pruebas para determinar cómo reacciona a los cambios en la temperatura y los niveles de pH. Descubrieron que ciertas variantes del Fago G mostraron resistencia a altas temperaturas. Sin embargo, cuando se enfrentaron a condiciones extremas, incluso el Fago G tuvo dificultades para sobrevivir, lo que es un recordatorio de que no todos los héroes llevan capas.

En general, los comportamientos del fago bajo estrés arrojan luz sobre cómo podría actuar en entornos naturales. Comprender estas propiedades podría ayudar a los científicos que deseen utilizar el Fago G en aplicaciones como la lucha contra infecciones bacterianas.

La Funcionalidad del Fago G

Aunque aún queda mucho por descubrir, los investigadores han comenzado a juntar las piezas sobre los papeles potenciales de los genes del Fago G. Han desenterrado una serie de características que sugieren que podría tener la capacidad de combatir varios tipos de estrés, replicarse eficientemente e incluso evadir las respuestas inmunitarias del huésped.

Presumiblemente, algunos de los genes del Fago G tienen funciones similares a las que se encuentran en su huésped bacteriano. Esto significa que el Fago G podría haber tomado prestadas habilidades de Lysinibacillus, ayudando a su capacidad para sobrevivir y prosperar.

El Futuro de la Investigación del Fago G

Aunque la comunidad científica ha hecho avances significativos en descubrir los misterios que rodean al Fago G, todavía hay mucho trabajo por hacer. La investigación futura puede centrarse en explorar sus genes únicos en mayor profundidad, probar su capacidad para tratar infecciones y averiguar qué otras sorpresas puede tener este megafago.

Dado las tendencias actuales en microbiología y el creciente interés en la terapia con fagos como una alternativa a los antibióticos, el mundo está ansioso por escuchar más de este intrigante gigante viral.

Conclusión

El Fago G se destaca como un ejemplo fascinante de la diversidad y complejidad viral. Con su larga historia y su gran cantidad de características interesantes, este fago no solo cautiva a la comunidad científica, sino que también ofrece un vistazo al mundo oculto de los virus que prosperan a nuestro alrededor.

A medida que los investigadores continúan desentrañando las complejidades del Fago G, ¿quién sabe qué podrían encontrar? Quizás incluso más misterios saldrán a la luz, añadiendo otra capa a la historia de este virus extraordinario.

Así que, mientras miramos al futuro, solo podemos esperar que el Fago G siga brillando como un faro de descubrimiento en el paisaje en constante evolución de la microbiología. Y quién sabe, quizás un día finalmente sepamos qué hace que el Fago G funcione.

Fuente original

Título: Unlocking the genomic repertoire of a cultivated megaphage

Resumen: Megaphages are bacteriophages (i.e., phages) with exceptionally large genomes that are ecosystem cosmopolitans, infect various bacterial hosts, and have been discovered across various metagenomic datasets globally. To date, almost all megaphages have evaded cultivation, with only phage G being in active culture for over 50 years. We examined with multiomics this five decades long cultivated history from nine different laboratories with five different lab variants to the modern era. In this work, we resolved the five complete phage G genomes, the particle proteome, de novo methylome, and used artificial intelligence (AI) to annotate the genome of phage G. Phage G is one of the largest phages with a size of >0.6 {micro}m, about half the width of the host cell, and a 499 kbp, non-permuted, linear genome that has, uniquely among known phages, two pairs of ends. Its closest known relative is Moose phage W30-1 which was metagenomically assembled without cultivation from a moose rumen sample. Phage G has >650 protein-coding open reading frames (ORFs), with >65% being hypothetical proteins with no known function, with the rest of the genome geared towards nucleic acid replication (e.g., helicases, polymerases, endonucleases) and are structural in nature (e.g., capsid, tail, portal, terminase). The genome encodes a 35 kbp stretch with 66 ORFs without any known functional homology, a cryptic genomic region that is roughly the size of phage lambda. Phage G has an expansive repertoire of auxiliary metabolic genes (AMGs) acquired from its bacterial host, including a phoH,ftsZ,UvsX/RecA-like, gyrA, gyrB,and DHFR. Furthermore, AMGs discovered in phage G could manipulate host sporulation (sspD, RsfA, spoK) and antiviral escape genes (e.g., anti-CBass nuclease and Anti-Pycsar protein). Phage proteomics found >15% of the protein ORFs were present in either the wild-type or mutant variants of phage G, including genes involved in replication (e.g.,UvsX/RecA-like), host sporulation, as well as structural genes (e.g., capsid, tail, portal). The methylome of phage G was localized to the cryptic region with limited functional homology, with supervised machine learning (i.e., HMMs) was unable to resolve this region, but was resolved with protein structural AI. This cryptic region was a hot spot for methylation at 32%, where many of the functions of the ORF are still unknown. Our study represents a doorway into the complexity of the genomic repertoire of the only cultivated megaphage, highlighting five decades of continuous cultivation for the first time.

Autores: Andra Buchan, Stephanie Wiedman, Kevin Lambirth, Madeline Bellanger-Perry, Jose L. Figueroa III, Elena T. Wright, Patil Shivprasad Suresh, Qibin Zhang, Julie A. Thomas, Philip Serwer, Richard Allen White III

Última actualización: 2024-12-20 00:00:00

Idioma: English

Fuente URL: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.12.16.628780

Fuente PDF: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.12.16.628780.full.pdf

Licencia: https://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0/

Cambios: Este resumen se ha elaborado con la ayuda de AI y puede contener imprecisiones. Para obtener información precisa, consulte los documentos originales enlazados aquí.

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